[経営情報]ハードウェアの基礎知識の頻出論点

コンピュータを構成する装置

基本5大装置

CPU 演算装置と制御装置
主記憶装置 一時的にプログラムやデータを保存する装置
メモリ
補助記憶装置 長期的にプログラムやデータを保存する装置
ハードディスク、SSDなど
入力装置 人がコンピュータに指示を送る装置
マウス、キーボード、タッチパネルなど
出力装置 コンピュータで処理された情報を人が理解できる形で表示する装置
ディスプレイ、プリンタなど

その他装置

マザーボード

  • CPUや記憶装置を装着する基盤

CPUやメモリは製造メーカにより規格が異なる。

BIOS(バイオス)
コンピュータに搭載される上記のようなハードウェアを制御するソフト。電源起動時にマザーボード上のBIOSが起動し、その後にOSが読み込まれる。

バス

  • データの伝送路

CPUや記憶装置などのデータのやり取りを行う電気信号(光)の回路のこと。

バスの種類
内部バス:CPU内部のデータ伝送路
外部バス:CPUと記憶装置間の伝送路
拡張バス:入出力装置を接続する伝送路

バスの構成
データバス:データ本体
アドレスバス:データの所在を表す
コントロールバス:データの制御信号

CPU

  • コンピュータの演算処理や制御処理を行う

演算装置:四則演算、論理演算など情報処理を行う
制御装置:入力、出力、記憶、演算装置を制御する

クロック周波数

  • コンピュータが送る信号の数

単位はHz(ヘルツ)で、値が大きいほど処理が高速になる。

CPI

  • 1命令を実行するのに必要な平均クロック周期数

値が小さいほど処理が高速になる。

MIPS

  • 1秒間に実行可能な命令数

1MIPS = 1秒間に100万命令

FLOPS

  • 1秒間に実行可能な浮動小数点演算の数

パイプライン制御

  • CPUの命令に対し並行処理を行い高速化を図る技術

マルチプロセッサ

  • 複数のCPUを搭載し並列処理を行う構成

マルチコアCPU

  • 1つのCPUに複数のコアプロセッサを搭載したCPU

記憶装置

コンピュータ内の記憶装置の装置

レジスタ CPU内部
キャッシュメモリ SRAM
主記憶装置 DRAM
ディスクキャッシュ DRAM
補助記憶装置 HDD、SSD、DVDなど

レジスタ

  • CPU内部の一時的な記憶装置

キャッシュメモリ

  • 主記憶装置のデータの一部を蓄え、CPUとデータのやり取りを行う

揮発性のSRAMを用い、高速処理が可能なため、CPUと主記憶装置の速度ギャップを埋める役割がある。

平均読み出し時間

平均読出時間 = キャッシュメモリのアクセス時間 × キャッシュヒット率 + 主記憶のアクセス時間(1 – キャッシュヒット率)

主記憶装置

  • CPUが処理を行うためのデータを一時保存する記憶装置

揮発性のDRAMを用いる。一般的なメモリがこれに当たる。

ディスクキャッシュ

  • 主記憶装置と補助記憶装置の速度ギャップを埋めるためのメモリ

ハードディスク、もしくは主記憶装置の一部に設けられる。

補助記憶装置

  • データを長期間保存するための記憶装置

ハードディスクやSSDがこれに当たる。

ハードディスク
  • 複数の磁気ディスクからなら大容量な記憶装置

アクセス時間:シーク時間 + サーチ時間 + データ転送時間
シーク時間:トラックに磁気ヘッドが移動する時間
サーチ時間:データの先頭に磁気ヘッドが到達するまでの時間
データ転送時間:データを読み取る時間
フラグメンテーション:磁気ディスク上でデータの場所が不連続になること

SSD
  • フラッシュメモリを用いた記憶装置

HDDと比べデータの読み書きが高速で、消費電力も少なく、耐衝撃性も高い。

記憶装置の種類

半導体メモリ

  • 半導体を用いた記憶媒体
不揮発性メモリ 電源を落としてもデータを保持するメモリ
揮発性メモリ 電源を落とすとデータが失われるメモリ

ROM

  • 電源を落としてもデータを保持する不揮発性のメモリ

代表的なROMに、
マスクROM:データの書き換え不可、PCのリカバリー領域など。
PROM:一度だけ書き込み可能、CD-Rなど。
EEPROM:電気的にデータの消去が可能、フラッシュメモリ、USBメモリなど。

RAM

  • 電源を落とすとデータが失われる揮発性メモリ
DRAM ・低価格
・低速
・リフレッシュが必要
・主記憶装置に用いられる
SRAM ・高価
・高速
・リフレッシュが不要
・キャッシュメモリに用いられる
VRAM ・画面表示に必要なデータを保持するメモリ
・グラフィックボードに用いられる

記憶装置の高速化技術

仮想記憶技術

  • 補助記憶装置の一部を主記憶装置として使う技術

主記憶装置の容量以上のデータを保存可能になる。
スワッピング:主記憶の使われないデータを仮想記憶に退避させ、必要なデータを主記憶に読み込むこと。

スワッピングが多発すると処理速度が低下(スラッシング)するため、主記憶装置の増設を検討する必要がある。

ガーベージコレクション

  • 主記憶装置上の未使用領域を開放すること

メモリインタリーブ

  • メモリに並列アクセスを可能にする技術

ECC

  • 誤り訂正符号により、誤ったビットを自動的に訂正する技術

入力装置

  • 人が理解する情報をコンピュータが理解できる情報に変換する装置

・キーボード
・タッチパネル

出力装置

  • コンピュータで処理された情報を人が理解できる情報情報に変換する装置

・ディスプレイ
・プリンタ

インターフェイス

  • 装置と装置をつなぐ技術のこと

シリアル伝送

  • 1本の線に1ビットずつ伝送する方式

パラレル伝送と比べ、高速。
USB
IEEE1394
SATA
e-STA

パラレル伝送

  • 複数の線に同時に複数のビットを伝送する方式

シリアル伝送と比べ、低速。
SCSI
IDE

ホットプラグ

  • 電源を切らずにインターフェイスの抜き差しが可能なもの

プラグアンドプレイ

  • OSがデバイスを自動検知し、インターフェイスなどの設定が自動的に行われすぐに使用可能な状態になる技術