コンピュータの仕組みについてまとめました。
コンピュータの仕組みは、業務の内容がバックエンドかフロントエンドかにかかわらず、知っておいた方が良い知識となっています。
ぜひ最後までお読みください!
【初心者向け】コンピュータの仕組み
1. CPUとは
CPUとは、コンピュータの中心で制御と演算をおこなう機械のことです。
正式名称は、「Central Processing Unit(中央演算処理装置)」といいます。
「プロセッサ」と表記されることもあります。
CPUは、性能が高いほどデータ処理速度が速くなります。
CPUは、以下の3つの指標で評価されます。
・クロック周波数
・MIPS(ミップス)
・コア
順番に解説していきます。
1-1. クロック周波数
クロック周波数とは、CPUの動作の速さのことです。
コンピュータが内部に持つ発振器が、1秒間に何回信号を発生させるかをあらわします。
単位は「Hz(ヘルツ)」で、1秒間に1回信号を発生させる場合は、「1Hz」となります。
1-2. MIPS(ミップス)
MIPS(ミップス)とは、コンピュータの処理速度をあらわす単位のひとつです。
正式名称は、「Million Instructions Per Second(ミリオン・インストラクションズ・パー・セカンド)」といいます。
CPUが1秒間に何百万(million)個の命令を実行できるかをあらわし、3MIPSは300万個/1秒の命令を実行できます。
1-3. コア
コアとは、CPUにある演算をおこなう装置のことです。
複数のコアを持つCPUを「マルチコアプロセッサ」といいます。
また、2つのコアを持つCPUを「デュアルコアプロセッサ」、4つのコアを持つCPUを「クアッドコアプロセッサ」といいます。
2. メインメモリ(主記憶装置)
メインメモリ(主記憶装置)とは、コンピュータ内で命令やデータを格納しておく装置のことです。
コンピュータの電源を切ると、メインメモリにあるデータも消えてしまいます。
メインメモリの内部は細かく区分けされていて、各区画にはアドレス(番地)があります。
またCPUは、アドレスを指定してメインメモリから命令やデータを取り出します。
命令は、「命令部」と「アドレス部」で構成されます。
・命令部:「xxせよ」というような命令を出す
・アドレス部:「xx番地」というようなアドレス指定する
2-1. メインメモリの種類
メインメモリには、さまざまな種類があります。
具体例は以下のとおりです。
身近にあるもの
・USBメモリ
・フラッシュメモリ
コンピュータに搭載されているもの
・メインメモリ
・補助記憶装置
・キャッシュメモリ
補助記憶装置
補助記憶装置とは、メインメモリを補助する装置のことです。
長期的にデータを保存します。
メインメモリが電源を切るとデータが消えてしまうのに対し、補助記憶装置は電源を切ってもデータは消えません。
代表的な補助記憶装置には、「HDD」や「SSD」などがあります。
・HDD:
「Hard Disk Drive(ハード・ディスク・ドライブ)」の略で、磁気ディスク(ハードディスク)を高速回転させてデータを保存する
・SSD:
「Solid State Drive(ソリッド・ステート・ドライブ)」の略で、半導体メモリを使った補助記憶装置のこと
キャッシュメモリ
キャッシュメモリとは、CPUとメインメモリの間にある、超高速の記憶装置のことです。
使用頻度の高いデータをメインメモリではなくキャッシュメモリに保存して、処理の待ち時間を短縮する役割があります。
3. レジスタとは
レジスタとは、メインメモリから読み込まれた命令やデータを一時的に格納する記憶装置のことです。
3-1. レジスタの種類
レジスタの種類には、以下のようなものがあります。
・プログラムレジスタ(プログラムカウンタ)
・命令レジスタ
・汎用レジスタ
順番に解説していきます。
プログラムレジスタ(プログラムカウンタ)
プログラムレジスタ(プログラムカウンタ)とは、次の命令のアドレスを格納するレジスタのことです。
命令レジスタ
命令レジスタとは、命令を格納するレジスタのことです。
汎用レジスタ
汎用レジスタとは、データを格納するレジスタのことです。
4. OSとは
OSとは、アプリケーションソフトウェアとハードウェアの間で処理を仲介するソフトウェアのことです。
正式名称は、「Operating System(オペレーティング・システム)」といいます。
OSの種類には、以下のようなものがあります。
・Windows
・macOS
・iOS
・Android など…
4-1. アプリケーションソフトウェア
アプリケーションソフトウェアとは、ユーザに特定の機能を提供するソフトウェアのことです。
メールやカメラ機能などのことを指し、単に「アプリ」と呼ぶことが多いです。
5. OSの機能
OSにはさまざまな機能がありますが、中でも重要な機能は以下のとおりです。
・ジョブ管理
・タスク管理
・記憶管理
・データ管理
順番に解説していきます。
5-1. ジョブ管理
ジョブ管理とは、ジョブの実行順序を管理する機能のことです。
ジョブとは、ユーザがコンピュータに依頼する仕事の単位を指します。
5-2. タスク管理
タスク管理とは、タスクの実行順序を管理する機能のことです。
タスクとジョブの違いは以下のとおりです。
・タスク:OSがCPUに命令する
・ジョブ:ユーザがコンピュータに命令する
5-3. 記憶管理
記憶管理とは、記憶装置を効率的に利用するための機能のことです。
記憶管理はさらに、「主記憶管理」と「仮想記憶管理」の2つに分類されます。
5-4. データ管理
データ管理とは、コンピュータが処理するデータを管理する機能のことです。
ファイルシステムやバックアップ機能のことを指します。
6. おわりに
今回は、コンピュータの仕組みについてまとめました。
コンピュータの仕組みは、まだまだ奥が深くて面白いです。
気になった方はぜひ、参考記事を読んだり、ご自身で調べてみたりしてください。
参考記事
CPU
https://ja.wikipedia.org/wiki/CPU
メインメモリ
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%BB%E8%A8%98%E6%86%B6%E8%A3%85%E7%BD%AE
レジスタ
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AC%E3%82%B8%E3%82%B9%E3%82%BF_(%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF)
OS
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%9A%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%86%E3%82%A3%E3%83%B3%E3%82%B0%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0