初詣合格祈願基本情報技術者講座 コンピュータの仕組み１
コンピュータの構成要素
＜コンピュータの五大機能＞
五つの機能を果たす装置です。
- 入力装置 プログラムやデータを入力する装置
- 演算装置 四則演算や比較判断などを行う装置
- 出力装置 処理結果などを出力する装置
- 記憶装置 プログラムやデータを記憶する装置
- 制御装置 入力、記憶、演算、出力の各装置に必要な指示を与えそれらの働きをコントロールする装置
簡単に言えば、このＣＰＵが高性能なほど演算が早くでき、すばやい制御ができることになります。
ちなみに、ＣＰＵ以外の装置（入力、出力、外部記憶装置）を周辺装置といいます。
また、記憶装置には大きくわけて主記憶装置と外部記憶装置（補助記憶装置）があるのですが、周辺装置に入るのは外部記憶装置（補助記憶装置）のほうです。
是非覚えておいて下さい。
＜主記憶装置と補助記憶装置＞
- 主記憶装置
プログラムを表す命令、数値、文字などのワードの集まりを記憶するもので計算機内部にあるものをいいます。一般にメモリと言われています。 - 外部記憶装置（補助記憶装置）
主記憶装置以外の記憶装置をいいます。一般に補助記憶装置は記憶容量は大きいが主記憶装置に比べアクセスタイムが長くなるという欠点があります。主な補助記憶装置と呼ばれているものにはＨＤ（ハードディスク）、ＦＤ（フロッピーディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯなどがあります。
＜ノイマン型コンピュータ＞
一般に使われているコンピュータのほとんどはジョン・フォン・ノイマンという人が発表したプログラム内蔵方式（又はプログラム記憶方式）という方式が取られています。
プログラム内蔵方式とは、プログラムを実行する際、プログラムをあらかじめ記憶装置内に格納し、順次解読実行していくという方式です。
このような方式が取られるコンピュータをノイマン型コンピュータといいます。
記憶装置
＜記憶素子の種類と特徴＞
- 半導体メモリ
主に主記憶装置に使用される記憶媒体でＩＣメモリともいいます。ＲＡＭ（ラム）とＲＯＭ（ロム）に大別されます。- ＲＡＭ(ランダムアクセスメモリ)
データを読み書きできるＩＣメモリで電源を切るとデータが失われてしまう揮発性のＩＣメモリに分類されます。ＲＡＭは構造などによりいくつかの種類があります。
＜リフレッシュ操作の有無による種類分け＞- スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）
リフレッシュ不要、小容量、消費電力が大きい、低集積 - ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ） → リフレッシュ必要、電荷の有無でデータを記憶、大容量、消費電力が少ない、高集積
＜構造上の違いによる種類分け＞- バイポーラＲＡＭ
高速アクセス可能、集積度が低く消費電力が大きい - ＭＯＳ型ＲＡＭ
バイポーラよりアクセスは遅い、消費電力が低く、集積度が大きい
- スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）
- ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）
読取専用で、電源を切ってもデータが失われないという不揮発性のＩＣメモリに分類されます。ＲＯＭには以下のような種類があります。- マスクＲＯＭ
製造される時点でデータが書き込まれているもの - プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）
一度だけユーザがデータを書くことができるもの - イレーザブルＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）
紫外線を当てる事で古いデータが消えるものでＲＯＭライタという装置を使用してデータの再書き込みができる。 - エレクトリックＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）
ＥＰＲＯＭの動作を電気的に行ったもの
- マスクＲＯＭ
- ＲＡＭ(ランダムアクセスメモリ)
＜外部記憶装置＞
- 磁気テープ装置
磁気テープを記憶媒体とする記憶装置で安価で大容量です。しかしアクセス時間が遅く、また構造上順編成ファイルのみ作成可能なので、主にバックアップ用に用いられます。 - 磁気ディスク装置
表面に磁性層がついている金属製の薄い円盤で回転軸に数十枚取り付けてディスクパックが構成されている装置。磁気ヘッドが移動してデータの読み書きを行います。 - フロッピーディスク
表面に磁性層を付着させたプラスチック製の薄い円盤で、主にパソコン用の補助記憶装置の記憶媒体として用いられます。フロッピーの種類を表す２ＨＤとは両面高密度といって裏表に記憶のできるフロッピーです。フロッピーの最小の読み書き単位はセクタ＝２５６バイト。 - ＭＯ
アモルファス半導体の磁性体に光学的手段（レーザ光）でデータの読み書きを行う事ができる。 データの読み込みは磁化の方向によりレーザ光の反射が変化する事を利用し、データの書き込みはレーザによる加熱及び磁界の付加による。 - ＣＤ−ＲＯＭ
コンピュータデータを表面の微妙な凹凸とて記録しレーザ光の反射により読み取りを行うもの。
＜仮想記憶システム＞
一般にプログラム上では、主記憶のアドレス空間しか指定できませんが、補助記憶のアドレス空間も指定できるようにしたものを仮想記憶といいます。
仮想記憶システムにおけるアドレス空間はページという割り付けの単位にわけられページ単位で配置されます。
また、プログラムで実行に必要な部分はその都度アドレス変換機構により補助記憶から主記憶の実アドレスに変換されページ単位で読み込まれます。
これをページインといいます。
そしてあまり使わないものを補助記憶へ書き出す事をページアウトといいます。
主記憶の記憶領域に比べ仮想記憶上のプログラムが大きい場合、頻繁にページングを行う事になります。
これをスラッシングといい、システム全体の効率が低下してしまいます。
＜メモリインタリーブ＞
メモリインタリーブとは、記憶の性能を高めるため、主記憶装置をバンクと呼ばれる複数のブロックに分割しておき、各バンクに均等にアクセスが発生するように工夫した技術を言います。
連続したアドレスが各バンクに配置されることにより、ほぼ同時に読み込み・書き込みができ、アクセス時間の短縮化が可能となります。
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