【初心者向け】コンピューターの基本構成をわかりやすく解説

デジタルネイティブ世代であれば誰もが使っているコンピューター

  • スマートフォン
  • ノート型・パソコン(パーソナルコンピューター)
  • ラップトップ型・パソコン(パーソナルコンピューター)

という形でコンピューターを使われていると思います。

今回は、デジタルネイティブより前の世代向けに
コンピューターの仕組みを

ハードウェアの面(五大装置)
ソフトウェアの面
それぞれに分けて説明していきます。

ここでは表記ゆれの軽減のため敢えて
「コンピューター」と伸ばしています。

目次

コンピューターのハードウェア

コンピューターを構成するハードウェアは5大装置から構成されている。

Hard ware(ハードウェア)とは
  • コンピュータを構成する機器の総称
  • プログラム(命令・データの集まり)等のソフトウェアと対になる概念
  • ソフトウェアであるプログラムの命令を順番に取り出し実行する役割

ハードウェアの五大装置は

  • 入力装置
  • 出力装置
  • 記憶装置
    • 主記憶装置
    • 補助記憶装置
  • 制御装置
  • 演算装置
    • 中央演算装置
    • 画像演算装置

に分類されます。

入力装置

力装置は、ユーザからの入力を受け付ける装置です。

  • キーボード
  • マウス
  • ペンタブレット
  • マイク(マイクロホン)
  • カメラ
  • スキャナー etc...

が入力装置にあたります。

出力装置

出力装置は

  • スピーカー
  • ヘッドホン
  • ディスプレイ・モニター
  • プリンター
  • プロジェクター etc...

などの入力装置から入力され中央演算処理装置にて処理されたデータを音・文字・画像などに
して出力する装置のことです。

記憶装置

記憶装置は

  • キーボード
  • マウス
  • ペンタブレット
  • マイク(マイクロホン)
  • カメラ etc...

これら入力装置で入力されたデータやアプリケーションを保存し必要に応じて読み出す動作をしています。

記憶装置には、RAM(ランダムアクセスメモリーやROM(リードオンリーメモリー)などの主記憶装置と呼ばれる物と
HDDやSSDと呼ばれる補助記憶装置の2種類があります。

制御装置(チップセット)

制御装置とはCPU(中央演算処理装置)に含まれるメモリーコントローラーと呼ばれる
主記憶装置を制御するものやチップセットマザーと言うコンピューター全てのハードウェア
を制御・管理するものがありこれらの命令・信号に基づいてハードウェアは機能しています。

2つの演算処理装置(CPU&GPU)

演算処理装置とは、記憶装置に書き込まれたデータを読み出し、演算処理を行いその結果を出力装置を使って
出力するためのIC(熱半導体素子による集積回路の事)です。

演算処理装置には、OSなどのすべての演算を処理する中央演算と画像や物理学の演算を行う
画像演算の2種類があります。

CPU(中央演算処理装置)

コンピュータの心臓部を構成するのは、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)は主に
中央演算を行っており画像の描画や計算など入出力されるデータを全て処理する装置でこれ自体を
単にコンピューターと読んだりする場合もあります。

CPUは設計構造上後述の画像演算装置に比べて、画像・映像の処理能力に欠点があります。

GPU(画像演算処理装置)

コンピューターの中で映像処理と物理演算に特化させた処理装置が(GPU:Graphics Processing Unit
俗に言うグラフィックカードやグラボと呼ばれるパーツです。

こちらはOSなどのアプリケーションに係る処理は一切行わず、グラフィックス演算:描画や物理演算に
特化しているためこれ単体ではコンピューターとして成立させることができません。

コンピューターのソフトウェア

ソフトウェアとは、ハードウェアを働かすためのプログラムの総称です。

プログラムとは

  • データ
  • 命令

の集合体です。

プログラムは,CPUが

  1. 解釈
  2. 処理

します。

パーソナル・コンピュータの場合,プログラムの種類は役割に応じて

  • BIOS/UEFI
  • ブートローダー
  • OS
  • ドライバー
  • アプリケーション 等々

に分類することが出来ます。

ソフトウェア面からのコンピュータ
ソフトウェア

出典:www.net.itc.nagoya-u.ac.jp.

BIOS/UEFI

BIOS(バイオス)・・・Basic Input Output System(基本入出力システム)の略で、
パーソナル・コンピュータに接続されたハードウェアを制御するためのソフトウェアです。

BIOSは

  • ROM(Read Only Memory)に記録
  • 予めパーソナル・コンピュータの内部に装備

されたプログラムです。

ROM(Read Only Memory)・・・

  • 読み取り専用
  • 媒体製造時にデータを記憶
  • 不揮発性(電気供給を断ってもデータが失われない)

という特養を持っています。

パーソナル・コンピュータの

  • 電源投入直後
  • リセット直後

には,BIOSのプログラムが最初に実行されます。

今ではUEFI(Unified Extensible Firmware InterfaceUnified Extensible Firmware Interface)と呼ばれる
拡張統合ファームウェアインターフェイスが主流です。

CPUは,最初に特定のアドレスに記録されたプログラムを実行するようになっており,そのアドレスにBIOSが配置されています。

BIOSとデバイスドライバの違いは、

デバイスドライバ・・・コンピュータ本体と周辺装置である

  • キーボード
  • ディスプレイ
  • コンピュータ・マウス
  • プリンタ 等々

を動かし、制御するソフトウェアであり、BIOS・デバイスドライバ両方共、ハードウェアを制御するためのプログラムです。

両者の決定的な違いは、プログラムの始動タイミングです。

BIOSデバイスドライバ
プログラム始動タイミング電源投入直後OS起動後
特徴基本的な製品に対してのソフトウェア製品やOSの種類に合わせたソフトウェア

電源導入時にデバイスやハードウェアの実行確認を行うことを
Power On Self Test =POST(電源投入時自己診断)と呼ばれます。

ブートローダー

ブートローダーは、コンピュータの起動時にオペレーティングシステム (OS)を起動するための小さなプログラムです。
日本語ではブートストラップローダとも呼ばれます。

役割

ブートローダーは以下の役割を担っています。

  1. ハードウェア初期化:電源投入後、まだOSが起動していない状態では、
    メモリやストレージなどのハードウェアは初期化されていません。ブートローダーは、これらのハードウェアを初期化し、
    OSが動作できる状態にします。
  2. OSの読み込み:ブートローダーは、OSのカーネルと呼ばれる核となるプログラムをストレージからメモリに読み込みます。
  3. OSの起動:ブートローダーは、読み込んだカーネルを実行し、OSを起動します。

OS(基本ソフト)オペレーティングシステム

OS・・・Operating System(基本ソフトウエア)の略で、OSには

  • Windows
  • MacOS
  • Unix(Linux,FreeBSD,Solaris 等々)

があります。

OSの管理対象リソースは

  1. ファイルシステム・・・記憶装置に記録されているデータ管理
  2. ネットワーク・・・コンピュータに内蔵されているネットワークカードに、IPアドレス等を割り当て
  3. セキュリティ・・・コンピュータ上で実行されているプログラム宛に送られてきたリクエストを
    • 受けるか
    • 無視すべきか
    を判断し必要な処理を行う
  4. デバイス・・・デバイスドライバーを用いて入力装置や出力装置の管理を行います。
  5. グラフィカルユーザインタフェース(GUI)・・・出力装置の仕様を判断し、
    内蔵されているグラフィックカードのためのドライバを使用して、GUI>環境を表示させます

グラフィカルユーザインタフェース(GUI : Graphical User Interface)・・・
コンピューターの操作の対象が絵で表現されるユーザーインターフェース

OSの主な役割は

  • プロセス管理
  • 記憶管理
  • 入出力装置管理
  • ファイル管理
  • APIの提供

があります。

OSの役割

OSがインストールされた補助記憶装置を実行デバイスまたは
ブートデバイスと呼びます。

デバイスドライバー

デバイスドライバーは、コンピュータに接続されたデバイス (周辺機器)とオペレーティングシステム (OS)との間で通信を仲介する
ソフトウェアです。日本語では装置ドライバとも呼ばれます。

役割

デバイスドライバーは以下の役割を担っています。

  • デバイスの制御:OSは、デバイスドライバーを通じてデバイスにコマンドを送信し、デバイスの動作を制御します。
  • データの転送:OSは、デバイスドライバーを通じてデバイスとの間でデータを転送します。
  • デバイスのエラー処理:デバイスドライバーは、デバイスが発生したエラーを検知し、処理します。

平たく言うと機械用マニュアルです。

アプリケーション (応用ソフトウェア)

アプリケーションとは、コンピュータ上で特定の機能や目的のために利用されるソフトウェアの総称です。
日本語ではアプリとも略されます。

種類

アプリケーションは、その機能や目的に応じてさまざまな種類に分類できます。

代表的な種類は以下の通りです。

  • 業務アプリケーション:表計算ソフト、ワープロソフト、データベースソフトなど、ビジネス業務で利用されるアプリケーション
  • クリエイティブアプリケーション:画像編集ソフト、動画編集ソフト、音楽制作ソフトなど、創作活動で利用されるアプリケーション
  • エンターテイメントアプリケーション:ゲーム、音楽プレイヤー、動画プレイヤーなど、娯楽目的で利用されるアプリケーション
  • モバイルアプリケーション:スマートフォンやタブレット端末で利用されるアプリケーション

動作

動作方法によっていくつか分類することができます。

  • ランチャー・・・直接実行することのできないアプリケーションを起動させるためのアプリケーション
    主にオンラインゲームクライアントのランチャーやアップデーターを指す。
  • 実行アプリケーション・・・直接実行することのできるアプリケーションのこと主にExcelなど
  • 常駐型・・・コンピューターの起動と合わせてバックグラウンドで起動し続けるアプリケーションのこと
    主にセキュリティーソフトを指す。

以上がコンピューターの基本的な構成と動作の仕組みである。

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この記事を書いた人

爲國 勇芽(魔理沙っち)のアバター 爲國 勇芽(魔理沙っち) 自称:精肉社畜個人投資家自作erブロガーゲーマー

埼玉県在住のスーパーのフリーターをしながらAdsense広告によるマネタイズについて研究しています。

ITの様々なニュースや小技の発信とネット回線を紹介するメディアを運営しながら広告マネタイズのテクニックやアドテクにまつわる情報を発信しています。