初心者・未経験者でもわかるコンピュータの構成

ねこ
あぁ〜ボクもなつめ先生みたいなスーパーエンジニアニャンコになりたいにゃあ・・・

 

それならエンジニアとして必要な知識を身に付けないと!
資格なし経験なし知識なしのねこ君のために、まずはコンピュータについてわかりやすく教えていくニャ!

なつめ

 

どうも!エンジニア兼ライターのなつめです。
今回の記事では、コンピュータの構成について知っておきたい基礎知識初心者にもわかりやすく説明していきます。

こんな方におすすめ

  • そもそもコンピュータとは何なのか、知りたい方
  • どのような処理でコンピュータが動作しているのか、知りたい方
  • 演算装置・制御装置・CPU等のハードウェア構成について知りたい方


これからパソコンを使った通信やプログラミングを行おうとしている方にとっては、特に習得しておきたい基礎知識です。

 

 

コンピュータとは?

当たり前のように使っているコンピュータですが、「そもそもコンピュータは何なのか」「どのような処理で動作しているか」を正確に答えられる人は多くないのではないでしょうか。

情報収集や資料作成、プログラミングをはじめ多岐にわたる作業が可能なコンピュータ。
私たちの生活を非常に豊かにしてくれるコンピュータの本質は、入力された命令を正確かつ自動的に行うことです。

例えば、「検索内容に適した検索結果が返ってくる」「”あ”と入力したら”あ”と表示される」など、コンピュータは与えた命令に対して忠実に結果を返してくれます。

与えられた命令に従って結果を返す間に、コンピュータの内部では複雑な計算が行われています。
コンピュータは一言で「演算を行う装置」、もう少し簡単に言えば「高度な計算機」と言えるでしょう。

 

ディジタル回路で構成されるコンピュータ

 

コンピュータの内部は、ディジタル回路と呼ばれる電子回路で構成されています。
コンピュータは、「オンとオフ」もしくは「0と1」しかないというのを聞いたことがあるでしょうか。

コンピュータに「0と1」しかないということは事実で、0と1の2進数で作られています。

実際にディジタル回路も、「オンとオフ(電圧が有るか無いか)」の2種類で構成されています。
一般に、「オンが1、オフが0」とされています。

オンかオフを入力して、オンかオフの出力を得ることで動作しています。

 

ポイント

回路にオンを入力する=「回路に1を入力すること」
回路からオフが出力される=「回路から0が出力」


コンピュータが、0と1だけを扱うと言われるのは以上の点からです。

2進数についてはこちらの記事で詳しく説明しているので、よかったら読んでみてくださいね。

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回路によっては、複数の入力や出力を持つものもあります。
単純な動作の回路でも、組み合わせると複雑な動作を実現できます。

例として、AND回路やOR回路、NOT回路などが挙げられます。

論理回路については、こちらの記事で解説しているのでご一読ください!

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コンピュータのハードウェア構成

念のため、ハードウェアの説明をしておきます。
ハードウェアとは、コンピュータを構成する機器の総称です。

例えば、コンピュータ本体やキーボードやマウス、デスクトップ、ハードディスクなど目に見えるもの全般を差します。

コンピュータのハードウェア構成は、以下のようになっています。

 

「演算装置」「制御装置」「入力装置」「出力装置」「記憶装置」の5つが、ハードウェアの構成として挙げられます。
コンピュータの5大機能として有名なので、覚えておきましょう。

 

装置 機能 具体的な機器
演算装置 データの演算を行う CPU
制御装置 各装置が動作するタイミングを制御する CPU
入力装置 コンピュータの処理するデータを取り込む キーボード、マイク
出力装置 コンピュータが処理した結果を人間に伝える ディスプレイ、スピーカー
記憶装置 データを記憶しておく メモリ、HDD

 

演算装置・制御装置の機能があるCPUとは

 

コンピュータの中枢部分であるCPUは、「演算装置」と「制御装置」の機能を持ちます。
CPUは、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)とも呼ばれ、言わばコンピュータの脳みそのような部分です。

コンピュータは、CPUであらゆる計算を正確かつ自動的に行っています。

演算装置では、読み込んだデータに対して演算を行います。
要は、計算をする部分です。

対して制御装置では、プログラムをもとに各装置に命令を行います。
コンピュータの動作を制御する装置で、命令を読み込み実行するといった中枢的な役割を果たしています。

コンピュータは、基本的にプログラムを順番に処理しています。

 

入力装置とは

入力装置は、外部からコンピュータ内部にデータを取り込む装置です。
例として、キーボードやマウスなどが挙げられます。

数字や文字、画像などのデータを、コンピュータが処理できる形式に変換して記憶装置に読み込みます。

私たちは入力装置を通してコンピュータに命令を送っているので、入力装置がなければコンピュータはうんともすんとも言ってくれなくなりますね。

 

出力装置とは


出力装置は、コンピュータ内部で処理されたデータを外部へ出力する装置です。
例として、ディスプレイやプリンタなどがあります。

コンピュータ内部のデータを、人間が理解できる数字や文字、画像などにして表示してくれる役割を持っています。

出力装置がないと、私たちはコンピュータの処理を受け取ることができなくなります。

 

記憶装置とは

 

記憶装置は、その名の通りデータを記憶する装置です。
大量のデータやプログラムを格納する役割を持ちます。

オンとオフ状態を保持できる装置の集まりで、10MBの記憶装置では1億近いオンオフ状態を保持できます。

コンピュータ上のデータの最小単位を1ビットと言い、1つのオン状態(もしくはオフ状態)のデータが1ビットになります。
8ビット集まると、1バイトになり単位が上がります。

記憶装置では、8ビット単位(1バイト)で管理され、それぞれアドレス番号がふられます。
CPUは、アドレスを指定してデータを読み書きします。

また記憶装置は、大きく「主記憶装置」「補助記憶装置」に分けられます。

 

主記憶装置

 

主記憶装置は、単にメモリと呼ばれることもあります。
CPUからの読み出し・書き込みができる記憶装置です。

入力装置からのデータやプログラム、演算装置の演算結果を記憶しています。

不揮発性であるROMと、揮発性であるRAMがあるのでチェックしておきましょう。
「揮発性」というのは、電源をオフした時に内部のデータがなくなってしまう特性のことです。

 

ポイント

ROM(Read Only Memory):読み出し専用で不揮発性
RAM(Random Access Memory):読み書き自由で揮発性

 

補助記憶装置

 

補助記憶装置の代表例としては、ハードディスク(HDD)があります。
ハードディスクは、構造上読み書きが低速です。
そのため高速に動くCPUからは、読み書きができません。

主記憶装置と比べて大容量で、非常に多くのデータを記憶できます。
プログラム実行時には、主記憶装置に必要なデータを読み出して使用します。

 

コンピュータの構成を熟知しよう

なつめ
コンピュータの機能について、まとめていくニャ!

 

  • コンピュータは、5大機能を持つ

「演算装置」「制御装置」「記憶装置」「入力装置」「出力装置」

 

  • 5大機能を満たすように装置を組み合わせて、コンピュータを構成する

演算装置・制御装置 → CPU
記憶装置 → メモリ・HDD・SSDなど
入力装置 → キーボード・マイクなど
出力装置 → ディスプレイ・スピーカーなど

 

  • コンピュータはプログラムで動作している

 

コンピュータの構成は、基礎中の基礎ですのでしっかりとチェックしておきましょう。
最後までお読みいただき、ありがとうございます!

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