コンピュータの処理能力を高める「プリエンプティブマルチタスク」

コンピュータの処理能力を高める「プリエンプティブマルチタスク」

複数の作業を同時に行う仕組み

現代のコンピュータは、一見すると複数の作業を同時にこなしているように見えます。音楽を聴きながら文章を作成し、同時にインターネットで情報を検索することもできます。しかし、コンピュータの頭脳である中央処理装置（CPU）は、実際には一度に一つの処理しか実行できません。では、どのようにして複数の作業を同時に行っているかのように見せているのでしょうか。

その秘密は「マルチタスク」と呼ばれる技術にあります。マルチタスクとは、CPUが複数の作業を非常に短い時間で切り替えながら処理することで、私たちには複数の作業が同時に行われているように感じさせる技術です。

例えば、音楽を聴きながら文章を作成する場合を考えてみましょう。CPUは、音楽を再生するプログラムと文章作成ソフトの処理を、数ミリ秒から数十ミリ秒という非常に短い間隔で交互に切り替えて実行します。この切り替えが非常に高速であるため、私たちは音楽が途切れることなく再生され、同時に文章作成もスムーズに行えるように感じるのです。

このように、マルチタスクはCPUの処理能力を最大限に活用することで、限られた時間内で効率的に作業を進めることを可能にしています。そして、この技術によって、私たちはコンピュータをより便利に、そして快適に利用できるようになっているのです。

プリエンプティブマルチタスクとは

– プリエンプティブマルチタスクとはコンピュータの世界では、複数の作業を同時に行っているように見せる技術があります。これを「マルチタスク」と呼びますが、その仕組みには大きく分けて二つの種類があります。「プリエンプティブマルチタスク」と「ノンプリエンプティブマルチタスク」です。プリエンプティブマルチタスクは、コンピュータの資源を管理する役割を担うオペレーティングシステム（OS）が中心となって、各アプリケーションソフトに対して中央処理装置（CPU）の使用時間を強制的に割り当てる方式です。例えるなら、先生が生徒たちに発表時間を平等に与えるように、OSが各アプリケーションソフトにCPUの時間を割り当てていきます。このため、一部のアプリケーションソフトがCPUを長時間占有することがなくなり、複数の作業を効率的に並行処理することができます。一方、ノンプリエンプティブマルチタスクは、アプリケーションソフト自身がCPUの使用時間を制御する方式です。こちらは、生徒たちが自主的に発表時間を決めるようなもので、OSは介入しません。この方式では、アプリケーションソフト側で適切にCPUの使用時間を制御しないと、特定のアプリケーションソフトがCPUを長時間占有してしまい、他のアプリケーションソフトが実行できないといった問題が発生する可能性があります。現在、WindowsやmacOS、Linuxなど、多くのオペレーティングシステムで採用されているのは、プリエンプティブマルチタスクです。これは、OSがCPU時間を管理することで、安定した動作と複数の作業の効率的な処理を実現できるためです。

強制的な処理の切り替えがもたらすメリット

コンピュータの世界では、複数の処理を効率よく行うために、様々な工夫が凝らされています。その中でも、「強制的な処理の切り替え」は、システム全体のパフォーマンスや安定性に大きく貢献する重要な技術です。

従来のコンピュータでは、一つの処理が終わるまで次の処理に移ることができませんでした。しかし、現代のコンピュータは「プリエンプティブマルチタスク」という技術を採用しており、オペレーティングシステム（OS）が主体となって処理を強制的に切り替えることが可能になりました。

これは、特定のソフトウェアが処理能力を独占することを防ぎ、システム全体に処理時間を公平に分配することを意味します。その結果、複数のソフトウェアを同時に起動していても、スムーズに動作するようになります。例えば、動画編集をしながらWebサイトを閲覧したり、文書作成を行いながら音楽を聴いたりといった作業も、ストレスなく行うことができます。

さらに、強制的な処理の切り替えは、システムの安定性向上にも寄与します。もし、一つのソフトウェアに不具合が発生して処理が停止してしまった場合でも、他のソフトウェアへの影響を最小限に抑え、動作を継続させることができます。これは、システム全体が停止してしまうリスクを低減し、重要なデータの消失などを防ぐことにもつながります。

身近なOSでの採用例

– 身近なOSでの採用例

プリエンプティブマルチタスクは、私たちの身近にある多くのデバイスで採用されている技術です。例えば、パソコンやスマートフォン、タブレットなどに搭載されているOSの多くがこの方式を採用しています。

Windowsパソコンに搭載されているWindows OSは、Windows NTやWindows 2000といったバージョン以降でこのプリエンプティブマルチタスクを採用しています。
また、Apple社のMacintoshに搭載されているMacOSも同様に、この方式を採用しています。

さらに、サーバーやワークステーションなどで広く利用されているUNIX系のOSも、このプリエンプティブマルチタスクを採用しているものが多いです。

これらのOSは、現代のコンピュータ環境において必要不可欠な存在となっています。現代のコンピュータは、動画編集やゲーム、大規模なデータ処理など、高い処理能力が求められる場面が増えています。

プリエンプティブマルチタスクは、複数のプログラムを効率よく同時処理することを可能にするため、このような高度な処理を安定して行うために欠かせない技術と言えるでしょう。

まとめ

– まとめ

現代のコンピュータにおいて、複数のアプリケーションを同時に快適に利用できるのは、「プリエンプティブマルチタスク」という技術のおかげです。

従来のコンピュータでは、一つの処理が終わってから次の処理に移るという、いわば「一人ずつ順番に対応」する方式が一般的でした。しかし、この方式では、処理に時間がかかる作業があると、他の作業が待たされてしまい、全体的な処理速度が遅くなってしまうという問題がありました。

そこで登場したのが「プリエンプティブマルチタスク」です。これは、オペレーティングシステム（OS）がCPUの利用時間を細かく分割し、複数のアプリケーションに順番に割り当てることで、あたかも同時に処理しているかのように動作させる技術です。

たとえ、あるアプリケーションが時間のかかる処理を行っていても、OSがCPUの利用時間を適切に管理することで、他のアプリケーションが待たされることなくスムーズに動作します。

つまり、私たちが普段何気なく使っているコンピュータは、この「プリエンプティブマルチタスク」という縁の下の力持ち的な技術によって、快適な動作環境を実現できているのです。