コンピュータ システムのコンポーネントは何ですか?

コンピュータ システムは、ハードウェア システムとソフトウェア システムで構成されます。ハードウェア システムは、中央プロセッサ、内部メモリ、外部メモリ、入出力など、コンピュータ システムを構成する機能コンポーネントの集合です。ソフトウェア システムとは、システム ソフトウェアやアプリケーション ソフトウェアなど、コンピュータ システムの動作に関連するさまざまなプログラムと、関連する文書やデータの集合を指します。

#このチュートリアルの動作環境: Windows 10 システム、DELL G3 コンピューター。

コンピュータ システムの構成とは

コンピュータ システムは、ハードウェア システムとソフトウェア システムの 2 つの部分で構成されます。

コンピュータ ハードウェアは、コンピュータ システムを構成する機能コンポーネントの集合です。これは、電子部品、機械部品、光電子部品で構成されるさまざまなコンピュータ部品および装置の総称であり、コンピュータがさまざまなタスクを実行するための物質的な基盤となります。コンピューターのハードウェアは、目に見えて触ることができる物理的な実体です。

コンピュータ ソフトウェアとは、コンピュータ システムの動作に関連するさまざまなプログラム、および関連するドキュメントやデータの集合を指します。プログラムは、プログラミング言語で記述された、コンピューターの実行に適した一連のステートメント命令です。

ソフトウェアがインストールされていないコンピューターは「ベア メタル」と呼ばれることがあり、ベア メタルは機能しません。コンピュータのハードウェアがコンピュータのソフトウェアから分離されれば、コンピュータは役に立たない機械になってしまいます。コンピュータ ソフトウェアがコンピュータ ハードウェアから分離されると、その動作のための物質的な基盤が失われるため、この 2 つは相互に依存しており、不可欠であり、一緒になって完全なコンピュータ システムを構成します。

コンピュータ システムの基本構成は図のとおりです。

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コンピュータ システムの基本構成と動作原理コンピュータハードウェアシステム

⑴ コンピュータハードウェアは、演算装置、コントローラ、メモリ、入力装置、出力装置の 5 つの基本部分から構成されます。

⑵ コンピュータはプログラムやデータをバイナリで表現します。

⑶ 「ストアドプログラム」方式とは、プログラムとデータを同一のメモリ（内部メモリ）上に置き、コンピュータが自動的にメモリから命令を取り出して高速に実行する方式です。

コンピュータ ハードウェアの 5 つの主要コンポーネントはそれぞれ、比較的独立した機能を持ち、独自の異なる作業を実行すると言えます。図 1-7 に示すように、5 つの主要コンポーネントは実際にはコントローラの制御下で連携して動作します。まず、計算ステップを表すプログラムと計算に必要な元のデータが、コントローラーの入力コマンドの制御下で入力デバイスを介してコンピューターのメモリに送信されます。次に、計算が開始されると、命令フェッチの動作によりプログラム命令が 1 つずつコントローラーに送信されます。コントローラは命令をデコードし、命令の動作要件に従ってメモリおよび演算ユニットに保存、フェッチ、および操作コマンドを発行し、演算ユニットは結果を計算してメモリに保存します。コントローラの取得および出力コマンドの作用により、計算結果が出力デバイスを介して出力されます。

1.演算子 (ALU)

演算子は、算術論理演算ユニット ALU (Arithmetic Logic Unit) とも呼ばれます。その機能は、算術演算と論理演算を完了することです。算術演算とは、加算、減算、乗算、除算およびそれらの複合演算を指します。論理演算とは、「and」、「or」、「not」などの論理的な比較や論理的な判断演算を指します。コンピュータでは、複雑な演算はすべて基本的な算術演算および論理演算に変換され、演算装置内で完了します。

2.コントローラ (CU)

コントローラ CU (Controller Unit) はコンピュータのコマンド体系であり、一般に命令レジスタ、命令デコーダ、順序回路、制御回路から構成されます。その基本的な機能は、メモリから命令をフェッチし、命令を実行することです。命令はコンピュータに動作を指示するワンステップの操作であり、オペレーションコード（演算メソッド）とオペランド（演算オブジェクト）の 2 つの部分で構成されます。コントローラはアドレスを通じてメモリにアクセスし、選択された単位命令を 1 つずつフェッチし、命令を分析し、命令によって生成された制御信号に従って他のコンポーネントに作用して、命令に必要な作業を完了します。上記の作業が何度も繰り返され、コンピュータが自動的かつ継続的に動作できるようになります。

演算装置と制御装置を合わせて中央処理装置、つまりCPU(Central Processing Unit)と呼ばれることが多く、コンピュータ全体の中核となる部品であり、コンピュータの「頭脳」にあたります。コンピュータのコンピューティング、処理、入出力を制御します。

集積回路技術は、マイコン、ミニコンピュータ、メインフレーム、スーパーコンピュータなどのCPUを製造するための基盤技術です。その開発により、コンピュータの速度と機能が大幅に向上しました。 1965 年、半導体大手インテルの創設者ゴードン・ムーアは、チップ上のトランジスタの数は 18 ～ 24 か月ごとに 2 倍になるという有名なムーアの法則を与えました。誰もが驚いたことに、この法則は 30 年間のチップの開発を非常に正確に予測していました。 1958 年の第一世代の集積回路には 2 つのトランジスタしか含まれていませんでしたが、1997 年の Pentium II プロセッサには 750 万個のトランジスタが含まれ、2000 年の Pentium 4 では 0.13 ミクロンのテクノロジーに達し、4,200 万個のトランジスタが集積されました。 CPU に統合されるトランジスタの数が多いほど、チップの計算能力は大きくなります。

3.メモリ

メモリはコンピュータの記憶装置であり、その主な機能はプログラムとデータを保存することです。プログラムはコンピュータの動作の基礎であり、データはコンピュータの動作の対象です。

⑴ 情報記憶部

コンピュータ内のメモリには、プログラムやデータがバイナリ形式で格納されています。ストレージ容量のサイズはバイト単位で測定されます。多くの場合、KB (キロバイト)、MB (メガバイト)、GB (ギガバイト)、TB で表されます。それらの間の関係は次のとおりです: 1KB=1024B=210B、1MB=1024KB=220B、1GB=1024MB=230B、1TB=1024G=240B. 一部の計算では、計算を簡単にするために 210 (1024) がデフォルトの 1000 に設定されることがよくあります。

ビット (bit): コンピュータがデータを保存するための最小単位です。機械語内の単一の記号「0」または「1」はバイナリ ビットと呼ばれ、2 進数を格納できます。

バイト (略して B): バイトはコンピュータの記憶容量の測定単位であり、データ処理の基本単位であり、8 バイナリ ビットが 1 バイトを構成します。 1 バイトの記憶領域を記憶単位と呼びます。

ワード（ワード）：コンピュータがデータを処理する際、一度にアクセス、処理、送信されるデータの長さをワードといいます。通常、ワードは複数のバイトで構成されます。

ワードロング: 中央プロセッサが同時に処理できるデータの長さはワード長です。ワード長によって、CPU のレジスタとバスのデータ幅が決まります。最新のコンピューターの語長は、8 ビット、16 ビット、32 ビット、および 64 ビットです。

⑵ メモリの分類

メモリと CPU の密接な関係により、内部メモリ (主記憶) と外部メモリ (補助記憶) の 2 つに分類できます。メモリはコンピュータのホスト内にあり、演算装置やコントローラと直接情報をやり取りします。容量は小さいですがアクセス速度が速く、一般的には実行中のプログラムと処理対象のデータのみが格納されます。内部メモリの容量を拡張するために、外部メモリが導入されます。内部メモリの拡張およびバックアップとして、外部メモリは CPU に間接的に接続され、システムが使用する必要がある一部のプログラムやデータを保存するために使用されます。あまり使いたくない。プログラムはメモリに転送する必要がある。実行できる。外部ストレージはアクセス速度は遅いものの、記憶容量が大きく、大量の情報を長期間保存することができます。

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