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パソコンの熱と処理速度、電子の関係について

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現在、電気の基礎を学んでおり、電子が原子に衝突して振動が大きくなることで熱が発生するということを学びました。
高温では原子の振動が激しく、低温だと原子の振動が静になるという認識でおります。

実際にパソコンを長時間使用または負荷をかけることで熱を持ちます。
パソコンの熱と処理速度、電子の関係について教えてください。

【質問1】
パソコンは熱を持つと、処理速度が遅くなるのでしょうか?

【質問2】
処理速度が遅くなる場合、何が原因で遅くなるのでしょうか?

【質問3】
最初に記載した通り、熱を持つことで電子の移動に影響がでます。
この電子の影響だけ考えた場合、実際にパソコンの処理速度(体感的)に影響するのでしょうか?

2015/10/13/00:10 追記
調べている途中のため、私の説明に誤りがあるかもしれませんが、下記の記事を見る限り、すべての電子に対しての命令は電磁波(光速)で行うそうです。
回答で記載して頂いた通り、質問3の電子の移動は体感できるほどの影響はなさそうな気がします。
電流のエネルギーは電線の外を伝わる
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回答 1

checkベストアンサー

+3

【質問1】
パソコンは熱を持つと、処理速度が遅くなるのでしょうか?
⇒ はい、ほとんどの場合遅くなります。

【質問2】
処理速度が遅くなる場合、何が原因で遅くなるのでしょうか?
⇒ CPUが加熱するとトランジスタの特性が変化していわゆる熱暴走を起こしてしまうので、最近にCPUでは自ら動作速度を落とすことで発熱を抑える仕組みになっています。詳しくは下記をご参照ください。
「CPUが焼ける」のは昔の話、熱でCPUは壊れない

【質問3】
最初に記載した通り、熱を持つことで電子の移動に影響がでます。
この電子の影響だけ考えた場合、実際にパソコンの処理速度(体感的)に影響するのでしょうか?
⇒ 原理的に言って、おそらく体感できる人はいないはずです。

物理的な詳しい説明はできませんが…
コンピュータ(CPU)も、確かに膨大な数のトランジスタの スイッチング動作 で動いているので、電子の移動速度が遅くなればスイッチング速度にも幾ばくかの影響があるのは確かです。

しかしながら、CPUの動作速度は、トランジスタのスイッチング速度のみによって決まるわけではありません。
現在主流のCPUは、ザックリと説明すると外部の 基準クロック信号(水晶発振子で生成される方形波)に同期して動作します。そして、各種の命令(マシン語)が実行完了までに必要とするクロック数が決まっています。
たとえば、メモリーから1ワード分のデータをCPUのレジスタに取り込むのに4クロック掛るなどという感じです。(ご参考

そして、このCPUクロックの周波数は、一般のPCでは概ね2〜3GHz程度です。仮に1GHzとすると、その周期は1nsなのですが、温度上昇に伴うスイッチング速度の変化って、1nsというオーダーの時間と比較して大きな影響力を持っているでしょうか?

という訳で、市販のPCをで使用されているハードウェアに関しては、温度上昇に伴う電子の移動速度が性能に影響したり、それを体感できるかというと、そのようなことは無いと思います。

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  • 2015/10/12 23:45

    なるほど、市販のPCだとCPUに熱が溜まると自動的にクロック周波数を下げる仕組みになっているので、動作が遅くなるということなんですね。
    また、電子の移動に関しては、クロック周波数の処理速度に比べて微々たるもので、体感できるものではないということですね。
    勉強になりましたm(__)m
    回答ありがとうございました。
    参考サイトもありがとうございました。

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