第４章　コンピュータのハードウェア 　コンピュータは機械である．この機械は高速計算と大容量記憶という２つの特徴をもつ．この章では，コンピュータのハードウェアを解剖することによって，コンピュータがなぜ高速計算・大容量記憶できるかを理解する． コンピュータシステム ＝ ハードウェア ＋ ソフトウェア.

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1 　　第４章　コンピュータのハードウェア 　コンピュータは機械である．この機械は高速計算と大容量記憶という２つの特徴をもつ．この章では，コンピュータのハードウェアを解剖することによって，コンピュータがなぜ高速計算・大容量記憶できるかを理解する． コンピュータシステム ＝ ハードウェア ＋ ソフトウェア 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

2 　　●ハードウェアは五大装置から構成 （１）中央処理装置（CPU）：コンピュータの「脳」にあたり，データを計算・処理したり，コンピュータを制御したりするものである．プロセッサ（processor）ともいう． （２）主記憶装置（メインメモリ：main memory）：プログラムとデータを一時的に記憶する装置である．半導体素子のメモリ（ROMとRAM）が主体である． （３）入力装置：データ，プログラム，命令を入力する．キーボード，マウスなどは代表的な装置である． （４）出力装置：処理結果を出力する．プリンタ，ディスプレイなどは代表的な装置である． （５）補助記憶措置：プログラム，データなどを保存する装置である．ハードディスク，フロッピーディスク，CD-ROMなどが挙げられる． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

3 本体 　　●パソコンの構成 　本体にはマザーボードと呼ばれるプリント基板がある．そこに中央処理装置（CPU）と主記憶措置（メモリ）が装着されている． CPU位置 メモリ位置 　パソコンは一般に本体，キーボード，ディスプレイなどの３つの部分から構成される．　 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

4 4.1 中央処理装置 中央処理装置はCPUとも呼ばれ，コンピュータの心臓部である．その性能がコンピュータの性能を決める．
　　4.1　中央処理装置 　中央処理装置はCPUとも呼ばれ，コンピュータの心臓部である．その性能がコンピュータの性能を決める． CPUは，制御装置と演算装置から構成， CPUは，制御装置 CPUは，制御装置と演算装置から構成，主記憶装置とデータのやりとりをする． CPUは，制御装置と演算装置から構成される．各構成部分の機能は以下の通りである． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

5 ●CPU構成の説明 ●プログラムカウンタ 命令が主記憶装置に順次に保存されるため，次に実行される命令のアドレスを示す．
●プログラムカウンタ　命令が主記憶装置に順次に保存されるため，次に実行される命令のアドレスを示す． ●汎用レジスタ　演算データまたは演算結果を一時的に置く場所である．アキュムレータともいう． ●命令レジスタ　主記憶装置から命令がここに読み出される． 　　●CPU構成の説明 ●アドレスレジスタ　演算データのアドレスを示す場所である． ●命令デコーダ（DEC）　命令レジスタの命令コードを解読して，操作指示の信号を送り出す装置である． ●算術論理演算器（ALU）　算術演算と論理演算を行う． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

6 　　●CPUの基本動作 　CPUに与える機械語の命令は，あらかじめ主記憶装置（メモリ）に保存さている．１つの機械語の命令に対して，次の４つのステップで実行される． STEP 1：命令の読み出し　プログラムカウンタに命令が保存されているメモリのアドレスが示されているので，機械語の命令を命令レジスタに読み出す． STEP 2：命令の解読　命令レジスタで命令部の内容がデコーダにより解読され，算術論理演算器に命令の演算内容を伝える．演算の対象データがある場合，そのデータを算術論理演算器に，または算術論理演算器を通してレジスタに読み出す． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

7 ●CPUの基本動作 STEP 3：演算の実行 算術論理演算器で読み出したデータとレジスタのデータが演算され，その結果をレジスタに保存する．
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8 　例えば，機械命令 （LD A, (HL)）は図4.4に示した順序で実行される．前の命令でレジスタHLに8009が転送してあるとする．① プログラムカウンタにより，命令が命令レジスタに転送される．② 命令が解読され，演算命令（load）をALUに送り，データのアドレス（8009）をアドレスレジスタに送る．③ 演算に必要なデータ（0A）を読み出す．④ ALUは演算を行い，その結果を汎用レジスタに書き込む． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

9 ●CPUの性能評価 ●CPUの処理速度 ●CPUのビット数 ●アドレス能力 ●キャッシュメモリ ① クロック周波数（動作クロックともいう）：
　①　クロック周波数（動作クロックともいう）： 　この数が大きくなればなるほど，多量で高速なデータ処理が可能ということになる．例えば，クロック周波数が800MHz なら毎秒8億回の基本動作が正確にコントロールされている．クロック周波数とは，CPUが仕事を処理するテンポのことである．3.2GHzのCPUの場合，もし１つの命令が2クロックで実行完成できるとしたら，一秒間に16億個の命令が実行される．したがって，ロック周波数はあくまでもCPUが処理速度の尺度である． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

10 ●CPUの性能評価 ●CPUの処理速度 ●CPUのビット数 ●アドレス能力 ●キャッシュメモリ
　②　MIPS（Million Instructions Per Second）は，１秒間に何百万の命令を実行できるかを測ることにより，CPUの処理速度を評価できる．例えば，100MIPSのCPUといえば，１秒間に１億個の命令が実行できる． 　③　FLOPS（Floating-point Operations Per Second）は，１秒間に浮動小数点形式で表した数の加算を何回実行できるかという尺度で，CPUの速度を評価する．例えば，1GFLOPSのCPUは，１秒間に10億回の浮動小数点で表した数の加算ができる． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

11 ●CPUの性能評価 ●CPUの処理速度 ●CPUのビット数 ●アドレス能力 ●キャッシュメモリ
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12 ●CPUの性能評価 ●CPUの処理速度 ●CPUのビット数 ●アドレス能力 ●キャッシュメモリ
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13 ●CPUの性能評価 ●CPUの処理速度 ●CPUのビット数 ●アドレス能力 ●キャッシュメモリ
　キャッシュ（cache）とは，作業領域のようなもので，この容量が多ければ多いほど，CPUと主記憶装置のやりとりが速くなる． 　キャッシュメモリはCPUと主記憶装置の間にある「高速なメモリ」のことで，この容量が多いほどCPUが高性能である． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

14 4.2 主記憶装置 主記憶装置は，データやプログラムを記憶する装置であり，メインメモリとも，また単にメモリともいう．
　　4.2　主記憶装置 　主記憶装置は，データやプログラムを記憶する装置であり，メインメモリとも，また単にメモリともいう． 　CPUの動作は非常に速いので，主記憶装置はCPUと直接データのやりとりができる． 　主記憶装置は，半導体素子（順序回路）を利用して電気的に記憶を行うため，CPUと同程度の高速動作ができる． 　しかし，主記憶装置の記憶性能は電気的にできているため，電源を切ると記憶内容が全部失われてしまう． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

15 　　●主記憶装置の役割 　プログラムが実行されるとき，そのプログラム及び処理されるデータが主記憶装置に読み出されて，CPUと直接的にやりとりしながら実行される． 　主記憶装置の容量が大きいほど，いろいろな機能のプログラムを同時に主記憶装置に読み出して蓄えることができるので，コンピュータの処理速度が速くなる． 　主記憶装置の性能はコンピュータにとって非常に重要である． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

16 ●主記憶装置の分類 主記憶装置は半導体素子から作られ，大きく分けて ■RAM（Random Access Memory）
　　●主記憶装置の分類 　主記憶装置は半導体素子から作られ，大きく分けて 　■RAM（Random Access Memory） 　■ROM（Read Only Memory） になる． 　RAMは読み書き可能なメモリで，電源を切ったら記憶内容が全部消えてしまう．この特性を揮発性という． 　ROMは読み出し専用メモリで，電源を切っても記憶内容が消えない． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

17 レジスタとして使うメモリはSRAMである．リフレッシュする必要がない．DRAMと比べて，データのやりとりが速い．
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18 　　●アクセス時間 　アクセス時間は記憶装置性能の１つである．アクセス時間とは，CPUからのデータ転送要求があってから，そのデータをCPUまで転送完了するまでの所要時間のことである． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

19 　　4.3　補助記憶装置 　●主記憶装置は電気的に記録を行うので，揮発性があり，容量も制限されている．そのため，長期的にデータやプログラムを保存するには補助記憶装置が利用される．　 　●補助記憶装置には，ハードディスク，フロッピーディスク，MO，CD-Rと磁気テープなどがある．一般に記憶容量が大きい．電源を切っても記録内容が消えない．動作が遅く，中央処理装置（CPU）と直接読み書きすることができない． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

20 ●ハードディスク 補助記憶装置の代表的なものがハードディスク（HD：hard disk）である．
　　●ハードディスク 　補助記憶装置の代表的なものがハードディスク（HD：hard disk）である． 　ハードディスクに金属製（アルミなど）の円盤（ディスク）が重ねられ，モーターで高速に回転することができる．円盤の両面に厚さ約十nm（ナノメートル：10-9）の磁性金属層が作られ，さらにその上に保護膜がつけられる．したがって，円盤は磁性を帯びたものとなる． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

21 　　●ハードディスクの原理 　磁気記録ヘッドがアームで取り付けられ，円盤の上に浮かんでいる（隙間はわずか1000分の1mm）．回転数が上がるにつれヘッドと円盤の間に空気が入り込み，ヘッドが浮き上がる．書き込み信号の電流がヘッドに流れると，ヘッド近傍の円盤の磁性膜が磁化され，データが記録される．逆に，ヘッドに通る円盤の磁気が拾い上げられ，電気信号となる．この電気信号を利用して記録したデータが再生される． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

22 　　●CD-R，CD-RWとDVD 　CD（Compact Disc or Disk）は樹脂製の円盤にレーザーなどで小さい凹凸を刻んで，または，キズを焼付けて，データを記録するメディアである． 　CD-ROM（Compact Disc Read Only Memory）は，記録済みのCDでレーザーを使ってデータを取り出す専用光ディスクである． 　CD-R（CD-Recordable）やCD-RW（CD-ReWritable）は，データを書き込む方法が違うため，CD-Rは1回だけ書き込み可能，CD-RWは1000回以上書き換え可能である． 　DVD（ Digital Versatile Disc またはDigital Video Disc ）は映画，音楽などの多用途向けの大容量光ディスクである．DVDには，DVD-ROM，DVD-R，DVD-RWなどの規格がある． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

23 ●キズがある場合，反射光がすくないので，０と読み取る． ●キズがない場合，全反射ので，1と読み取る．
CDやDVDなどの原理は，記録されたデータを読み取るには，レーザー光をCDに当て，その反射光を読み取る．反射の度合いは凸凹（キズ）の有無によって変わってくるので，反射してきた光を読み取ることで，CDのデータを読み取れる．例えば， ●キズがある場合，反射光がすくないので，０と読み取る． ●キズがない場合，全反射ので，1と読み取る． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

24 　　4.3　入力装置と出力装置 　入力装置はコンピュータにプログラムやデータなどを入力するための装置である．入力装置を用いて，コンピュータにユーザが伝えたい情報などを伝える．キーボード，マウスなどが入力装置である．　 　出力装置は，主記憶装置に格納されているデータをコンピュータの外部環境に出力する装置である．ディスプレイやプリンタなどが出力装置である． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

25 ●キーボート キーを指でたたいて文字を入力するコンピュータの最も基本的な入力装置である．
　　●キーボート 　キーを指でたたいて文字を入力するコンピュータの最も基本的な入力装置である． 　キーボードに，キーの数により101タイプ，106タイプ，109タイプ及び112タイプなどがある．キーボードには，ホームポジションがあり，すなわち，人差し指を置く位置のことである．触って分かるように Fキー と Jキー の上に小さな出っ張りがある． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

26 　　●マウス 　マウスは，コンピュータの重要な入力装置の1つである．コンピュータの画面上で位置の指定を行うポインティングデバイスである．画面上では，マウスの移動量と方向に応じてマウスポインタと呼ばれる目印が移動する．マウスポインタを操作したいアイコンに合わせ，マウスについているボタンを押して（クリック），コンピュータに指示を与える． 　マウスには，ボール式と光学式がある．また，赤外線を使うワイヤレスマウスなどもある． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

27 　　●スキャナ　 　スキャナは，絵や写真などを光学的にデジタル画像データに変換して，コンピュータに読み取る入力装置である．読み込みの精度をdpi（dot per inch）を用いて表す．すなわち，１インチあたりのドット数で表し，ドット数が大きいほど画像をきれいに取れる． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

28 ●ディスプレイ ディスプレイは出力装置で，文字や図形を画面に表示する．
　　●ディスプレイ 　ディスプレイは出力装置で，文字や図形を画面に表示する． 　ディスプレイには，ブラウン管（CRT）と液晶の２種類がある．液晶ディスプレイは薄型で，STNとTFTの２つの代表的な方式がある．TFTはSTNと比較して高価だが，カラー表示が鮮明で，高性能である． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

29 ●プリンタ プリンタには，インパクト型とノンインパクト型の２種類がある．
　　●プリンタ 　プリンタには，インパクト型とノンインパクト型の２種類がある． 　■インパクト型のプリンタとは，活字などをインクリボンの上から打ち付けて紙に印刷する方式のプリンタのことである．カーボン紙をはさむなどして複写式の伝票を印刷するには，インパクト型プリンタが必要になる． 　■ノンインパクト型のプリンタは，インパクト型プリンタ以外のプリンタ（インクジェットプリンタとレーザプリンタなど）を指す．１インチあたりのドット数（dpi）を用いてプリンタの解像度を表す．ドット数が多ければ多いほど，きれいに印刷できる．印刷速度はPPM（page per minutes）で評価する．すなわち，１分間に何ページ印刷できるかで，プリンタを評価する． 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

30 第４章のまとめ １．コンピュータのハードウェアは五大装置からなる． ２．中央処理装置 ●CPUの構成及び各部分の機能
　　第４章のまとめ １．コンピュータのハードウェアは五大装置からなる． ２．中央処理装置 　　●CPUの構成及び各部分の機能 　　●機械語とアセンブリ言語 　　●CPUの基本動作過程 　　●CPUの評価：クロック周波数，MIPS，FLOPS，ビット数 ３．主記憶装置 　　● RAMとROMの特徴 　　● RAMとROMの分類 　　●各記憶装置のアクセス時間　　 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア　　　　　　

31 第４章のまとめ ４．補助記憶装置 ●ハードディスク ●CD-RとCD-WR ５．入力装置と出力装置 ●キーボードとマウス
完 　　第４章のまとめ ４．補助記憶装置 　　●ハードディスク 　　●CD-RとCD-WR ５．入力装置と出力装置 　　●キーボードとマウス 　　●ディスプレイとプリンタ 　　　　　　　　　　コンピュータとネットワーク概論　　　　　　　　　　　　　　　　　　第４章　コンピュータのハードウェア