コンピュータの構成
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
0. どういうまとまりか
コンピュータは、はたらきの違う 5 つの装置の組み合わせとして見ることができます。
パソコンでもスマートフォンでも、この分け方は変わりません。
| 装置 | はたらき | 例 |
|---|---|---|
| 入力装置 | データやプログラムを外から取り込む | キーボード・マウス・タッチパネル・カメラ・マイク |
| 出力装置 | 処理の結果を外へ出す | ディスプレイ・プリンタ・スピーカ |
| 記憶装置 | データやプログラムを記憶する | 主記憶装置（メモリ）・補助記憶装置（SSD・HDD） |
| 演算装置 | 計算や比較をする | （CPU の中にある） |
| 制御装置 | 命令を読み、ほかの装置に指示を出す | （CPU の中にある） |
分かれ目は次の 3 つ。
- CPU は制御装置と演算装置をまとめたもの。主記憶装置は CPU の外にある。
- 主記憶装置は電源を切ると内容が消え、補助記憶装置は消えない。
- プログラムも、データと同じく主記憶装置に置いてから実行する（プログラム内蔵方式）。
1. 5 大装置
根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(3)-ア-(ア)
コンピュータの外とやりとりするのが入力装置と出力装置、中で働くのが記憶装置・演算装置・制御装置です。
タッチパネルのように、入力装置と出力装置を兼ねるものもあります。
コンピュータの 5 大装置をすべて答えよ。
入力装置・出力装置・記憶装置・演算装置・制御装置
外とのやりとりが入力と出力、中で働くのが記憶・演算・制御。
キーボード・マウス・イメージスキャナは、5 大装置のどれにあたるか？
入力装置
データを外からコンピュータへ取り込む装置。
ディスプレイ・プリンタ・スピーカは、5 大装置のどれにあたるか？
出力装置
処理の結果を、人が見たり聞いたりできる形で外へ出す装置。
CPU（中央処理装置）は、5 大装置のうちどの 2 つをまとめたものか？
制御装置と演算装置
主記憶装置（メモリ）は CPU の外にある（CPU の中にも、レジスタやキャッシュメモリという小さな記憶はある）。CPU は「プロセッサ」とも呼ぶ。
制御装置のはたらきは何か？
主記憶装置から命令を取り出して解読し、ほかの装置に指示を出す
計算そのものは演算装置が行う。制御装置は全体の指揮役。
2. 記憶装置
根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(3)-ア-(ア)
記憶装置には、速いが容量の小さいものから、遅いが容量の大きいものまで段階があります。
CPU に近いほど速く、小さく、高価です。
| 記憶装置 | 置き場所 | 速さ | 電源を切ると |
|---|---|---|---|
| レジスタ | CPU の中 | 最も速い | 消える |
| キャッシュメモリ | CPU の中（または近く） | とても速い | 消える |
| 主記憶装置（メモリ） | CPU の外 | 速い | 消える |
| 補助記憶装置（SSD・HDD） | CPU の外 | 遅い | 残る |
主記憶装置と補助記憶装置は、電源を切ったときにどう違うか？
主記憶装置は内容が消え、補助記憶装置は残る
実行中のプログラムとデータは主記憶装置、保存しておくファイルは補助記憶装置に置く。
レジスタとは何か？
CPU の中にある、演算中のデータや命令を一時的に置く記憶装置
記憶装置の中で最も速く、容量は最も小さい。
キャッシュメモリは、何のために置かれているか？
CPU と主記憶装置の速度差を埋めるため
よく使うデータを CPU の近くに写しておき、遅い主記憶装置を読みに行く回数を減らす。
3. プログラム内蔵方式と命令の実行
根拠: 学習指導要領 情報Ⅰ-(3)-ア-(ア)
いまのコンピュータのほとんどは、プログラムを主記憶装置に読み込んでから、命令を 1 つずつ順に実行します。
1 つの命令は「取り出し・解読・実行」の 3 段階で処理され、これを繰り返してプログラムが進みます。
プログラム内蔵方式とは何か？
プログラムをデータと同じく主記憶装置に記憶させ、そこから命令を順に読み出して実行する方式
ノイマン型コンピュータとも呼ぶ。プログラムを入れ替えるだけで別の仕事ができる。
CPU が 1 つの命令を処理する流れ（命令の実行サイクル）を 3 段階で答えよ。
取り出し（フェッチ）・解読（デコード）・実行
主記憶装置から命令を取り出し、制御装置が解読し、演算装置などが実行する。これを繰り返す。
プログラムカウンタには何が入っているか？
次に取り出す命令が置かれている主記憶装置の番地（アドレス）
命令を 1 つ取り出すたびに、次の命令の番地へ進む。
クロック周波数とは何か？
CPU が動作の足並みをそろえるための信号（クロック）が、1 秒間に何回出るか
単位は Hz（ヘルツ）。3 GHz なら 1 秒間に 30 億回。ほかの条件が同じなら、高いほど速く処理できる。
主記憶装置の中で、1 つ 1 つの記憶場所を区別するために付けた番号を何というか？
番地（アドレス）
CPU は番地を指定して、主記憶装置のデータや命令を読み書きする。