コンピューター概要

コンピューターの概要

人に代わって複雑な演算を行う電子計算機。
大容量のデータを保存し、管理できる。

コンピューターの特徴

迅速性: 大量のデータを演算処理できる。近年のコンピューターは、1秒間に数十億回もの算術演算を実行する。
信頼性: コンピューターは大量のデータ処理において、エラーのない信頼性を支えている。これはコンピューターが人の業務を代行するうえで不可欠な要素である。
正確性: 半導体技術の飛躍的な発展により、コンピューターの正確性は日々高まっている。
データの保存: 各種データを保存するための記憶装置が開発されたことで、相当な量のデータを小さな空間に蓄積して保存できる。
経済性: 大容量データを高速に処理することで、人が行う場合に比べて時間と費用を削減できる。

PC(Personal Computer、個人用コンピューター)

初期のコンピューターは、個人が単独で使用することを前提としておらず、共同の利益を目的として開発された。そのため、中央処理部と記憶装置を備えた中央コンピューターと、利用者のための端末に分かれていた。PCは個人が単独で使用することを前提として開発されたコンピューターであり、コンピューターに必要な中央処理部、記憶装置、入出力装置を1つの製品として一体化したものである。

ハードウェアとソフトウェア

ハードウェア

ハードウェアは物理的な装置を意味する。コンピューターにはCPU、メモリ、ディスクドライブ、入出力装置など各種ハードウェアが存在し、これらはソフトウェアの命令を受けて動作する。

ソフトウェア

ソフトウェアは、コンピューター上で動作し、業務を遂行するプログラムを意味する。オペレーティングシステム、ゲーム、グラフィックプログラム、教育用プログラム、業務用プログラムなどがこれに含まれる。

基本用語

bit(ビット)とByte(バイト)

コンピューターは、すべての資料を0と1で表すデジタル形式の電気信号を使用する。デジタルとは、電気が流れている状態である「1」と、流れていない状態である「0」という2つの電気的な状態だけでデータを表現することである。これがコンピューターでいうデータ表現の最小単位であるbitである。つまり、1bitで表現できるデータは1と0の2種類だけである。しかし、これだけでは人が使う文字をコンピューターのデータにするには不十分である。そこで2つの電気信号を組み合わせると、00、01、10、11という4種類のデータを表現できる。しかし、これでも人の文字を表現することはできない。そのため8bitを組み合わせる。8bitを組み合わせると、全部で256種類のデータ表現が可能になる。これを1Byteという。結果として、これが私たちが使う文字、特に英字1文字を表現するデータ量になる。1Byteは8bitで構成される。

バス

コンピューターにおけるバスとは、データを伝達するための転送路を意味する。この通路の構成形態によって、コンピューターの種類を区分することもある。CPUと周辺機器の間で一度にやり取りできるデータ幅も意味する。8bitを基本とし、16bit、32bit、64bitへと発展してきた。

コンピューターの歴史

最初のコンピューター ENIAC

1944年、ハーバード大学教授のエイケンはIBM社の支援を受け、最初のコンピューターと呼ばれる「MARK-1」を製作した。「MARK-1」は真のコンピューターとは言えなかったが、1946年にアメリカのペンシルベニア大学でモークリーとエッカートが、弾道表、天気予報、原子力計算、宇宙線研究などに使われる軍用コンピューターを開発した。これが10進数体系を使用したENIACであった。

ENIACは真空管を使って計算できるように作られたもので、18,000本もの真空管と6,000個のスイッチを備えていた。そのためサイズが大きいだけでなく、操作も非常に困難なコンピューターだった。さらにプログラムの互換性がなかったため、プログラムを変更するたびに多数のスイッチの接続を最初からやり直さなければならなかった。

プログラム内蔵方式のEDSAC

1949年、モーリス・ウィルクスは初めてプログラムを内蔵したEDSACを完成させた。1951年には、ノイマンによって再び2進数体系を使用するEDVACというコンピューターが開発された。またIBM社は、補助記憶装置として磁気テープを使用するUNIVAC 1を開発し、アメリカの国勢調査局に設置した。

コンピューターの世代区分

世代区分	年代	中央処理装置	主記憶装置	プログラミング言語
第1世代	1946-1957	真空管	磁気ドラム	アセンブラ
第2世代	1958-1964	トランジスタ	磁気コア	FORTRAN、COBOL
第3世代	1965-1974	IC	磁気ディスク	Pascal、BASIC
第4世代	1970年代以降	LSI	半導体	現在の各種プログラム
第5世代	現在	VLSI	半導体	現在の各種プログラム

PCの構造

中央処理装置(CPU)

コンピューターの各装置を動作させ、正常な動作のために制御する制御装置を内蔵している。
各種演算データを処理する演算装置を内蔵している。
一時的なデータ保存のためのレジスタを内蔵している。
コンピューターの性能を左右し、機種を決定する要素である。

入力装置

利用者からの命令とデータを入力する装置であり、キーボードやマウスなどがこれに含まれる。

出力装置

コンピューターが処理した結果を利用者に伝える役割を担う。モニターやプリンターなどがこれに含まれる。

記憶装置

オペレーティングシステムや各種プログラムがインストールされ、利用者によって作成されるデータを保存する装置である。
ハードディスク、CD-ROM、CD-RWなどがこれに含まれる。

周辺機器

コンピューターの基本的な動作や運用には必要ないが、必要に応じて追加で設置される装置を周辺機器という。
利用者の利便性を高めることができる。
LANカード、サウンドカード、マウス、プリンター、ジョイスティックなどがこれに含まれる。

コントローラー

各装置間の円滑なデータの流れを管理し、エラーを検出する。
周辺機器の接続方式を決定する要素である。
ハードウェアとして存在する場合は「コントローラー」という用語を使う。
ソフトウェア形式で存在し、ハードウェアを動作させるためにインストールするプログラムを「ドライバー」という。