パソコンの仕組み・コンピュータ・アーキテクチャ

UB3/informatics/hardware/architecture

このページの最終更新日: 2019/07/30

  1. パソコンの仕組み

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このページは米村貴裕様 [博士 (工学)] に執筆頂いた依頼記事です。


パソコンの仕組み(コンピュータ・アーキテクチャ)

今や必要な部品を買い集め、パソコンを自作することも珍しくなくなった。部品のなかでも一般に、CPU(司令塔)が指示を出し(制御し)、保存場所のHDD(ハードディスク)やSSD(ソリッドステートドライブ、メモリ型のハードディスク同等品)から、ソフトウェアやデータを「メモリ」へ展開し、処理をおこないパソコンは動作している。

ネット上のいろいろな説明を平均すれば、こんな感じになるだろう。CPU(Central Processing Unit)は確かに中央演算装置と和名があるように、パソコンの頭脳部品だ。しかし実は、心臓ではない。

MB(マザーボード。CPUやMemory、SSD類を配線するための土台と電源のユニット。電源は別売りの場合もあるので注意)のクロック発振器が心臓であり、「鼓動」の働きをしている。このクロック発振器の鼓動の動き(速さ・リズムと考えて良い)を〇GHz(ギガヘルツ)と呼び、これに合わせて(タイミングをとって)パソコンに付属する部品類は動いているのだ。

よって、CPUの種類と同じくらいMBの種類は多く、大きさもメーカも多種多様である。仮に、いくら高速対応のCPUをつけても、MBが安価品で「鼓動」が遅ければ、すばやく動作するという「力」を発揮できないかもしれない。


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そしてパソコンが役立つには「I/O」の機能が絶対に必須である。これはInput(入力)とOutput(出力)の略で、キーボードやマウス、タッチパネルにカメラ等が入力機器、モニタやプリンタ、スピーカ等が出力機器となり、まだまだどちらも貧弱だった大昔は「穴の空いた紙」(パンチテープ)で動かし合っていた。

「穴」の有無、そう「0」と「1」だ。 パソコンは0と1の信号を使い、動作するタイプのノイマン型が普及したが、64bit(ビット)パソコンなら0101…の信号を64個まとめて1つに区切り、処理している。この信号の内容を受け、MB(マザーボード)の部品からパソコン本体につながる機器は、やり取りしている。

この信号の塊は、決して無意味なものではなく機械語という、機械がいわば「お話」に使う言語で、四則演算から分岐やループ命令まで、ひと通りそろっている。よくC++言語、各種スクリプト言語、Scratchなど、人間にもわかりやすい内容の言語でプログラミングし、プログラム(機械類への動作手順書)を作っていくが(特定の動作をするプログラムの完成形がソフトウェアや、アプリケーションだ)コンパイラ等のソフトウェアで最終的には、すべて「機械語」に変換され、それを元にパソコンでいろいろなことを、おこなわせている。

最後に、忘れてならないのがOS(オペレーティング・システム)だ。ウインドウズやMacOS、Linuxのような基幹ソフトウェアがパソコンへセットアップされていなければ、パソコンの電源を入れようと、プリンタを動かそうと、何も始まらない。

現代のパソコンは「I/O」も入れて5つの機器や部品と、基幹ソフトウェアを整えて、ようやく多彩なことができ、動作できるようになる仕組みなのだ。


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