【超必見】PCの原理!コンピュータ概論の基本を初心者向けに解説!

プログラミング

こんにちは。KATUOです。

今回は「コンピュータ概論の基本構成(ハードウエア系)」について解説していこうと思います。

 

 

コンピュータ構成の全体像

上の図がコンピュータの構成の簡易図になります。

まとめてみると

 

・CPU(中央処理装置)

・主記憶装置

・補助記憶装置 (外付けハードディスク ..etc)

・通信装置 (モデム..etc)

・出力装置 (ディスプレイ ..etc)

・入力装置 (キーボード ..etc)

 

のパーツによって成り立っています。

 

中央処理装置 (CPU)

CPUを簡単に説明

CPUって絶対どっかで聞いたことがありますよね。日本語では中央処理装置(center processing uint)と呼ばれます。ここではプログラムを読み込んで解釈し、実行します。この実行結果によって得られた計算結果が出力装置などを通じて人々の前に現れます。要は計算をしてくれる部分であり、コンピューターの心臓部分といってもいいでしょう。

 

CPUの部品レジスタ

CPUはレジスタという記憶装置を持ちます。ちなみにこの記憶装置はこぐわずかのデータしか保持できません。主記憶上にプログラムを展開し、これを実行する処理をプログラム内蔵方式と呼びます。主記憶に用いられるICメモリはDRAMと呼ばれるものです。また主記憶はDRAMだけではなく、ROMなども使われています。このDRAMとかいきなり言われてもわかりませんよね。紹介していきます。

 

DRAM

随時読み書き記憶とも呼ばれたりもします。ディスクなどに書き込む際の回転待ち時間などが発生するため、全ての番地でアクセスする時間が異なるのが特徴です。またコンデンサによってデータを保持しているため放置しておくとデータが消えてしまう。単位セルの大きさがSRAMの25%のため、容量の大きなメモリがつくることができます。

 

・回路が単純のため安価

・揮発性を持つ(電気供給が途絶えるとデータが消える)

・サイズがコンパクト

 

SRAM

フリップフロップなどが組み込まれた回路の為、電源が供給されていればデータは消えません。よってリフレッシュ操作が不要となります。

・回路構造が複雑

・処理が高速(リフレッシュ操作が不要のため)

・サイズが多きい

 

ROM

読み出し専用のメモリです。全て番地のアクセス時間が一定という特徴があります。ディスプレイに表示させる際の文字などは常にパターンが同じのため、このパターンをROMに覚えさせることでなにかの番号を与えるだけで、文字が出力されるという仕組みを作るのに向いています。

 

補助記憶装置

大容量のデータは補助記憶装置に保存します。その理由としては主記憶装置にデータを保存するのに掛かるコストが補助記憶装置と比べて高価だからです。一般的に馴染みがあるのは外付けハードディスクとかでしょうか。

 

有名な補助記憶装置 ハードディスクの仕組み

ディスク装置は複数のディスク(サーフェス)が重なって構成されることが多い。今回は以下の図にディスク一枚を取り出したものを用意しました。

ディスクをまずバームクーヘンみたいに円の形で切り出します。これをセクタと言います。またこのセクタを扇型に切ったものをセルと呼びます。

 

・トラック
1つの面に100個くらいのトラックが作られます。形状はドーナツ型でバームクーヘンのようなイメージです。

・セクタ
トラックを扇型に分けて作られるものです。トラックよりも単位が小さくなります。

 

アクセス時間を求める

先ほど紹介した用語、サーフェス、トラック、セクタをつかってディスク装置の場所を特定する方法としては

 

$$ (s, t, d) $$

 

というように表現します。(sはサーフェス, tはトラック, dはトラック)

ではアクセス時間を求める方法を紹介します。

 

アクセス時間 = 回転待ち時間 + シーク時間

 

で求めることができます。シーク時間というのはトラックの位置を変更するのにかかる時間です。回転待ち時間は文字通り、指定のセクタ(回転してくる)までにかかる待ち時間のことを指します。

 

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