コンピュータはどのようにして動くのか、基礎からハードウェア、メモリなど、基本的な要素技術について解説します。
コンピュータとは？
電気信号を高速に処理し、様々な用途に用いることが出来る電気機械のことです。
一般的にコンピュータと言われると「パソコン」を思い浮かべがちですが、装置としては以下のようなものがあります。
| コンピュータの種類 | 用途 | 説明 |
| マイコンピュータ | 炊飯器
オーディオ機器 エアコン 等 |
エアコンの制御、ラジコン、自動車エンジンの燃料噴射装置、家電製品の制御用として利用される。マイコンと呼ばれる。 |
| スーパー
コンピュータ |
宇宙ステーション
気候変動調査 |
パソコンより超高性能で、大規模な科学技術計算などに用いられるコンピュータ。衛星の軌道計算など、膨大な情報量を短時間で処理する用途に利用される。 |
| ワークステーション | 在庫管理
顧客データ管理 銀行や役所などのシステム 設計支援（CAD） グラフィックデザイン 等 |
パソコンより高性能で、大量のデータや、事務処理等に特化した業務用のコンピュータ全般のこと。メインフレームとも呼ばれる。 |
| パーソナル
コンピュータ |
ワープロ
表計算 データベース |
パーソナルコンピュータ（Personal Computer）の略で、個人用途メインで作られたコンピュータのこと。
パソコンやPCと呼ばれる。 |
ノイマン型コンピュータ（von Neuman type computer）
ノイマン型コンピュータとは、ハンガリー出身の数学者であるジョン・フォン・ノイマン（John von Neumann）氏によって1946年に提案された、コンピュータの基本構成（アーキテクチャ）のことです。
現在、広く利用されているコンピュータは、ほとんどがこのノイマン型コンピュータです。
特徴としては、電気的に記録できる主記録装置（メインメモリ）から演算制御装置へ命令やデータが転送され、命令を1つずつ取り出して実行します。
CPUとコンピュータの五大装置
CPU（Central Processing Unit）
CPUというのは「中央処理機能」とも言われる部品で、その名の通りコンピュータの中枢として活躍しています。
人間でいうと脳みそにあたるものが、コンピュータのCPUです。
ただ、CPUは人間の脳みそと違って指示が無いと何もできません。
プログラムの指示であったり、別の装置の協力が必要となります。
コンピュータの五大装置
先ほども申したように、コンピュータは古くより「電子計算機」と訳され、機器そのもののことをハードウェアと言います。
コンピュータのハードウェアは大きく分けて以下の5つの装置で構成されています。
これらの5つの装置を総称して、コンピュータの五大装置と呼びます。
| 装置名称 | 代表的な機器とその役割 | |
| 制御装置 | 中央処理装置
(CPU:Central Processing Unit) |
CPUはコンピュータの中枢部分で、制御と演算を行う装置である。プログラムの命令を解読し、その命令によって他の装置を制御する。 |
| 演算装置 | CPUはコンピュータの中枢部分で、制御と演算を行う装置である。制御装置の指示に従って演算を行う。 | |
| 記憶装置 | 主記憶装置 | 動作するために必要なプログラムやデータを一時的に記憶する装置。単にメモリとも呼ばれ、コンピュータの電源を切ると、その内容は消えてしまう。 |
| 補助記憶装置 | プログラムやデータを長期にわたり記憶する装置。長期保存が前提であるため、コンピュータの電源を切っても内容が破棄されることはない。代表的なものとしてはハードディスクがある。単にディスクやストレージ等と呼ばれる。 | |
| 入力装置 | 外部からのデータをコンピュータに入力する為の装置で、代表的な例として、キーボード、マウス、スキャナなどがある。 | |
| 出力装置 | 処理されたコンピュータのデータを出力する為の装置で代表的な例として、ディスプレイ、プリンタなどがある。 | |
主記憶装置と補助記憶装置
メモリの分類
コンピュータ内でデータやプログラムを記憶する装置です。
半導体メモリを利用した主記憶装置（メインメモリ）と、ハードディスク、フロッピーディスク、CD-ROMやフラッシュメモリなどの外部記憶装置（補助記憶装置）に分けられます。
外部記憶装置は磁気的に記録を行うものが多いため、動作は遅いが記憶容量が大きく、電源を供給しなくても記録が消えないという特徴があります。
主記憶装置は半導体素子を利用して電気的に記録するため、動作が高速でCPUから直接読み書きすることが出来るが、単位容量当たりの価格が高いため大量には使用できず、コンピュータの電源を切ると内容が失われてしまいます。
通常コンピュータには両方が装備されており、利用者がプログラムを起動してデータの加工を行う際には必要なものだけ主記憶装置に呼び出して使い、長期的な保存には外部記憶装置が利用されます。
メインメモリは単にメモリとも呼ばれます。
メモリは大きく分けてRAM（ラム）とROM（ロム）が存在します。
| 種類 | 特徴 |
| RAM（Random Access Memory） | データを自由に読み書きできるが、電源を切ると記憶データは消去される。 |
| ROM（Read Only Memory） | 電源を切っても記憶データは保持される。 |
RAMの分類
RAMとはランダムに読み書きできるメモリのことで、以下の2つに分類することができます。
- DRAM（Dynamic RAM）
- SRAM（Static RAM）
2つのRAMの概要は、下記のとおりです。
| RAMの種類 | 使用する回路 | リフレッシュ | 速度 | 価格 | 主な用途 |
| DRAM | コンデンサ | 必要 | 低速 | 安価 | 主記憶装置 |
| SRAM | フリップフロップ回路 | 不要 | 高速 | 高価 | キャッシュメモリ |
ROMの分類
リードオンリー（読み出しだけ）なメモリのことを言います。
通常ROMといえば、マスクROMのことを指しますが、専用の機器を使うと記憶装置の消去と書き込みができるPROMという種類もあります。
補助記憶装置
補助記憶装置といえば、ハードディスクが主役になります。
ハードディスクをこじ開けてみると、金属製の円盤が入っており、これに磁気の力で書き込んだり読み込んだりします。
注意点としては、すごく精密なので衝撃などには気を付けなければいけません。
ハードディスクの内部には容量に応じてプラッタという金属製のディスクが1枚以上入っていて、その表面に磁性体が塗布もしくは蒸着されています。
この磁性体を磁気ヘッドで磁化させることでデータの読み書きを行います。
ハードディスクを最初に使うときは、初期化が必要でこれを行うとプラッタの上にデータを記憶するための領域が作成されます。
作成された領域の、扇状に分かれた最小範囲をセクタ、そのセクタを複数集めたぐるりと1週分の領域をトラックといいます。
同心円状のトラックを複数まとめると、シリンダという単位になります。
まとめ
コンピュータはとても速い速度で日々技術が進化していますが、基礎的なものは変わっていません。
そして、ITエンジニア＝コンピュータ全般に詳しいイメージがありますよね。
エンジニアだけが必要な知識ではなくなってきた時代でもありますし、エンジニアとしてももちろん、コンピュータの基礎知識を身につけておくと、プログラミングの理解が深まったり、トラブル対処も早くなるのではないかと思います。
