【初心者向け】コンピュータの仕組み

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!

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