コンピューター

IV

ハードウェア

今日のデジタルコンピューターは、その大きさという点をのぞけば、基本構造は昔のものと同じである。しかし現実には、価格や性能によっていくつかの種類にわけられている。

パーソナルコンピューターは、デスクトップサイズとよばれるように机にのる大きさの比較的低価格のコンピューターをさす。

また、パーソナルコンピューターには、ラップトップサイズやノートサイズのパソコンもある。ワークステーションは、パーソナルコンピューターとほぼ同じ大きさだが、画像の処理能力や通信のための機能が強化されていて、ビジネスや研究開発、エンジニアリング、デザインなど、より高度な用途での使用に適している。

メインフレームとよばれるコンピューターは、設置に専用の部屋が必要なほど大型であり、ひじょうに高価であるが、大量の処理を高速におこなうことができる。そのため、大企業、政府機関、研究所などでつかわれる。さらに、とりわけ大型で超高速処理が可能なものは、スーパーコンピューターとよばれる。

デジタルコンピューターは単一の装置ではなく、(1)CPU(中央演算処理装置)、(2)入力装置、(3)記憶装置、(4)出力装置、(5)バスとよばれる信号経路、の5つの部分から構成されている。バスはほかの4つの部分を接続する役割と、コンピューターを外部の装置に接続する役割をはたしている。

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CPU(中央演算処理装置)

CPUは1つまたは複数のチップから構成されており、算術演算と論理演算、そしてコンピューターのほかの部分の制御をおこなう。集積回路技術によって生まれたマイクロプロセッサーは、1つのチップにCPUとその周辺回路が内蔵され、現在のパーソナルコンピューターのほとんどにつかわれている。今日ではこのマイクロプロセッサーをCPUとよぶことが一般的で、MPUという表現もされる。

CPUチップやマイクロプロセッサーは(1)演算／論理ユニット、(2)レジスター群、(3)制御部、(4)内部バス、の4つの部分から構成される。演算／論理ユニットは、算術演算と論理演算をおこなう部分である。レジスターは、計算途中の結果やメモリーのデータの位置などを一時的に記憶しておく部分である。制御部は、メモリーから読みこんだ命令を解釈し、それを実行するための指令をCPUの各部に出すなど、CPU全体の制御をおこなう。

内部バスは、CPUの各部分を接続して、外部とデータのやりとりをおこなうための3種類のバスをCPU外部に出している。コントロールバスは、データ以外の信号を外部からうけとったり、CPUの信号を外部に出力したりするためにつかわれる。アドレスバスは、メモリーのデータ位置(メモリーアドレス)を外部に出力するための一方通行のバスである。データバスはメモリーからデータを読みこんだり、メモリーに新しいデータを書きこんだりするための双方向のバスである。

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入力装置

入力装置はユーザーがCPUにデータやコマンド、そしてプログラムを入力することを可能にするものである。もっとも一般的な入力装置はキーボードとマウスである。キーボードから入力された情報は、コンピューターが認識可能なパターンに変換される。キーボードは、日本の製品の場合、日本語入力のためのキーが追加されていたり、配列自体独自のものを採用しているケースもある(→ 日本語情報処理)。マウスは、画面上の位置を指定して入力するための装置である。また、マウスと同じ機能の装置に、トラックボールや、パッドの上を指でなぞってマウスポインターを移動させるタッチパッドやトラックパッドなどとよばれるものがある。

ライトペンは電子的な板のような入力装置から図形情報を変換してコンピューターに入力することができる。マウスやジョイスティックは、その動きに連動してコンピューターの画面上のカーソルがうごき、画面の特定の部分を選択したり図形の入力をおこなうことができる。また、画面上を直接指やペンで接触したり、文字を書いて入力できる表示装置もある(→ タッチスクリーン)。→ ポインティングデバイス

光学式スキャナーは、印刷された文字や写真を読みとり、コンピューターが認識できるかたちに変換する(→ OCR)。音声認識モジュールは、人間の声をコンピューターが理解できるデジタル信号に変換する。

入力装置によって入力されたさまざまなデータは、記憶装置にたくわえられ、処理装置によって処理される。

→ I/O

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記憶装置

データやプログラムを記憶する装置は、メモリーのほかに磁気ディスク装置などの外部記憶装置がある。メモリーは多数のコンデンサーを内蔵した半導体素子で構成され、このコンデンサーの電荷の有無によって記憶が生じる。

RAM(ランダム・アクセス・メモリー)は、記憶の状態を外部からの信号によってかえることができるので、記憶内容を自由に書きかえることができる。しかし電源を切ると記憶内容はすべてうしなわれる。→ DRAM：SRAM

一方、ROM(リード・オンリー・メモリー)は、あらかじめ記憶の状態がセットされていて、記憶内容の書き換えはできない。しかし電源を切っても内容が消去されないので、コンピューターの電源をいれたときにCPUが最初に必要とするプログラムやデータ、およびCPUが頻繁に必要とするプログラムやデータのうち、書きかえられては不都合なものが記憶されている。メモリーはふつうCPUのあるメイン回路基板(マザーボード)上に実装されている。

外部記憶装置はマザーボードの外におかれ、データは磁気ディスクや磁気テープに記録される。もっとも一般的な外部記憶装置は、フロッピーディスクとハードディスクである。フロッピーディスクは数十万から100万バイト以上のデータを記憶でき、自由に持ち運びのできる記憶媒体である。

ハードディスクはふつう装置のキャビネットに固定されていて取り外しはできないが、数億バイト(数百メガバイト)から数十億バイト(数ギガバイト)のデータを記憶できる。ディスク部分がカートリッジになっており、持ち運びができるようになった製品もある。CD-ROMは原理的には音楽用コンパクト・ディスク(CD)と同じだが、コンピューター用のデジタルデータを書きこんだCDである。数億バイトの記憶容量がある。CD-ROMは書き込みができないが、書き込みが1回だけできるCD-R、何度も書き換えが可能なCD-RWがある。ほかに、光磁気ディスク(MO)やDVD、PDなどの媒体もある。

また、ワークステーションなど、あつかうデータが膨大なコンピューターや、ハードディスクのバックアップには、ストリーマーとよばれるDATなどの磁気テープをもちいた記憶装置もつかわれる。

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出力装置

出力装置は、コンピューターの計算結果や処理結果を利用者につたえるための装置である。もっとも一般的な出力装置は、ビデオ表示端末(VDT、モニター)である。VDTとしては通常テレビと同じCRT画面がつかわれるが、ノートサイズなどの小型コンピューターでは液晶表示装置(LCD)やエレクトロ・ルミネセンス(EL)表示装置、プラズマ表示素子がもちいられる。→ 表示素子

ほかの出力装置としてはモデムとプリンターが代表的である。モデムは、デジタル信号をアナログ信号に変換して、公衆電話回線をとおして2つ以上のコンピューターをつなぐ装置である。ISDNのようなデジタル通信網に接続する場合はターミナル・アダプターとよばれる装置が必要になる。→ ドットマトリックス・プリンター：レーザープリンター：ラインプリンター