コンピューター

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コンピューター(英:Computer)とは、人間に代わって複雑な計算を行う計算機をいう。古くは「計算者」の意であった(ヨハネス・ケプラーなど)が、計算機の普及によって死語となっている。人間にとって面倒なことである計算を、早く正確に行うことができる。コンピュータと伸ばさない表記が後から主流になった[1]
現在のところ、ノイマン型の EDPS(電子的データ処理システム)を指すことが一般的であるが、過去にはアナログコンピューターという電子回路(ディジタルデータではなく電圧などを利用する)もあった。

概要[編集]

初期のコンピューターは歯車式で、機械的に計算を行なっていた[2]。その後、真空管や半導体など電子的な仕組みを用いるようになった。弾道計算マンハッタン計画で用いられていた話は有名[3]だが、物理学者のリチャード・ストールマンの自伝によると、マーチャント式の計算機によって計算したという。

コンピューターの構成要素としては、物理的な実体を持つ「ハードウェア」と、物理的な実体を持たない「ソフトウェア」に分けられる。なお、「日本で最初のソフトウェア科学者」は「元祖ハッカー」として知られる和田 英一であり、「ハードウェア(金物)」の対義語として「ソフトウェア」と命名したという。のちに海外でも「ソフトウェア」という言葉が使われるようになったが、「誰でも考えることは一緒なんですねぇ(笑)」と語っていたという。

現時点での基本的なアーキテクチャ[編集]

現時点においては、いわゆる「ノイマン型の EDPS」が主流であるため、それについて述べる。
「CPU(中央演算装置)」「RAM(ランダム・アクセス・メモリ。番地づけられた記憶装置)」「バス・システム」「入出力装置(I/O)」の四つからなる。
基本的には、「メモリからデータを(CPUの)レジスタに引っ張ってきて処理してから、メモリに格納する」というのが基本的な動作である。そのため必ずバス・システムを通過しなければいけないので、「フォン・ノイマンのボトルネック」と呼ばれるが、「ボトルネック」は流量を調整するという機能を負っているため、誤用である。

代表的なハードウェア[編集]

機械式・電気式・電子式など各種ある。

歯車[編集]

機械式ハードウェアで一般的に用いられる。歯の数や歯車の形を利用して、各種計算が行えた。電子式に計算する手法が主流になってからは廃れたが、キャッシュ・レジスターなどでは現在でも使われている。骨董的な価値がある。

流体素子[編集]

機械式ハードウェアの一種で、「そういうものも昔はあった」といった扱いになっている。

真空管[編集]

電気式コンピューターに用いられた。 耐久性に問題があったため、マンハッタン計画の時点で「保守が間にあわない」という話があり、のちに半導体に取って代わられた。

パラメトロン[編集]

ドーナツ型の磁気コアのパラメータ発振を利用した記憶素子。

トランジスタ[編集]

いわゆる「半導体」。

IC[編集]

集積回路。

CPU(中央演算処理装置)

詳細は「CPU」を参照

Cpu 3.svg
シリコンで出来た電子回路により各種計算を行う。
基本的にメインメモリ上のデータにアクセスするが、L1キャッシュ、L2キャッシュといったキャッシュも備えている。
8ビットCPUや16ビットCPU、32ビットCPUや64ビットCPUという呼ばれ方は、そのCPUが一度に扱えるデータ量と関連している。
例1) 8ビットCPU:Intel 8008Zilog Z80、モトローラ 6809 など。
例1)16ビットCPU:Intel 8086など。
例2)64ビットCPU:Intel Core i3Xeonなど。

現今において普及しているハードウェア[編集]

ケース[編集]

電源とバス・システム、放熱用のファンなどを収納する躯体をいう。各種ハードを繋げる役割を担っている。少なくともマザーボードは必須である。
機能拡張用のスロット等を多数備えており、メモリ、グラフィックボード、LANボードの差し込み口もケースに設けられており、各種機能を拡張できる場合が多い。

バス・システム
大きく分けて、「アドレス・バス」「データ・バス」「コントロール・バス」に分類されるが、電源線はいずれにも属さないという見解もある。アドレスバスは RAM のアドレスを指定し、データバスはデータを転送し、コントロールバスはクロック信号などを伝えてタイミングの同期を行う。

基盤[編集]

マザーボード
Green motherboard example.svg
通常、CPUが実装されている。
コンピューターの電源投入時にはまずマザーボードが起動し、BIOSと呼ばれる制御プログラム(ブートローダーともいう)が起動し、各種ハードのチェックが走る。異常があるとビープ音が鳴ったりする。
コプロセッサ
数値演算などに用いられる。あまりボードとして頒布されているという例を知らない。だいたいマザボに載っている。
グラフィックボード
Single-slot-video-card.svg
マザーボードと外部モニターの間に介在する、映像処理用の基板。各種演算が行えたりする。
マザーボードにオンボードで実装されていたり、CPUに内蔵されていたりする場合もある。
ビデオカードとも呼ばれる。
いわゆる「サーバ」にはグラボが搭載されていないため、パソコンで作ったサーバー・サイド・アプリケーションをサーバにもってゆくと、グラボにアクセスしていきなり落ちたりする。それを避けるために起動の際に -headless オプションを指定すると、こんどはいきなり遅くなる。


メインメモリ、物理メモリ(主記憶装置)
Stamps RAM.svg
シリコンで出来た電子回路によりデータを記憶する。CPUが直接情報を読む事が出来る。
補助記憶装置に比べると高速で読み書きが出来るが、電源が落ちると全てのデータが消えるという特徴がある。
記憶装置全体を机に例えると、主記憶装置が机の上、補助記憶装置が引き出しに相当する。
ストレージクラスメモリ

「二次記憶」ともいう。

主記憶装置と補助記憶装置の速度差を補うべく、注目されるようになった不揮発性メモリ。
こちらもキャッシュのようで、SSDよりも速度が早い模様。


ストレージ(補助記憶装置)
Sagar ns Hard disk Harddisk HDD.svg Blphoto-Flash-Drive.svg
HDDやSSD、USBメモリなど。主記憶装置に比べると、データの読み書き速度は劣る。
コンピューターに電源が投入された際には補助記憶装置から主記憶装置にOS等の動作に必要なプログラム等のデータがロードされる。
コンピューターの電源OFF時にもデータを記憶している。
主記憶装置の容量が足りなくなると、「仮想メモリ」といって、一部のデータを主記憶装置に変わって記憶する機能がある。これが頻繁に発生するようなコンピューター構成だと、補助記憶装置と主記憶装置の間でのデータのやり取りが頻繁に発生し、コンピューターとしての動作速度が落ちる。
特にアクセスの多い業務用コンピューターではHDDの読み書き速度がボトルネックになる事が早期に判明し、SSDへの切り替えが進んだ。個人用のパソコンでもHDDではなくSSDにOSを入れると起動速度が改善される事例が多い。
記憶装置全体を机に例えると、補助記憶装置が引き出し、主記憶装置が机の上に相当する。
LANボード
Nic-behind.svg
マザーボードとネットワークケーブルの間に介在する、ネットワーク接続用の基板。マザーボードにオンボードで実装されていたりする。Network Interface Card、NIC、ニックと呼ばれる事もある。

ケース外にあるもの[編集]

ここでは旧 Mac やノートパソコンは除外する。

入力装置
StudioFibonacci Keyboard.svg
KB Japanese (IBM 5576-002 on Windows).png Mystica-Mouse-Hardware.svg
Q
W
E
R
T
Y
U
I
O
P
A
S
D
F
G
H
J
K
L
Z
X
C
V
B
N
M
人間側からの操作や情報をコンピューターに入力する装置。キーボードマウスカメラマイクなど。QWERTY配列を参照。
出力装置
JoelM pc speaker 01.svg Molumen LCD Monitor.svg JoelM pc speaker 02.svg
コンピューターから人間側に情報を提供する装置。映像を伝えるモニターや、音声を伝えるスピーカーヘッドホンなど。

一般的なソフトウェア[編集]

一口にソフトウェアと言うと、プログラミングされたプログラムを指す。

基本ソフトウェア応用ソフトウェアに分けられる。

用途別に分類でき、オペレーティングシステムアプリケーション、表計算ソフト、文章作成ソフト、テキストエディタ、各種ゲーム等が挙げられる。

何か新しいハードウェアを使用する際にインストールするドライバファームウェアもソフトウェアに分類できる。

その他[編集]

電源、バス・システム、CPUクーラー、等、コンピューターのシステム的には必須でも、情報処理や計算には直接介在しないパーツは「ハードウェア」には分類されないこともある。「ケース」の項を参照のこと。

脚注[編集]

  1. jawp:ノート:コンピュータ#「コンピュータ」と「コンピューター」
  2. jawp:機械式計算機とか。「マーチャント式」という呼称もある。「タイガー式」などもそこそこ有名だが、原型はパスカルが設計した「パスカリーヌ」とされている。
  3. jawp:ENIACとか。

関連項目[編集]

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