コンピュータ・アーキテクチャ

現在のほとんどのコンピューターは，ノイマン型（von Neumann architecture）と呼ばれるアーキテクチャに基づいて設計されている．ノイマン型コンピューターは，演算装置，制御装置，記憶装置，入力装置，出力装置から構成される．これらの装置は，日本ではコンピューターの5大装置とも呼ばれる．次の図では，ノイマン型を示している．

ノイマン型では，プログラムをハードウェアから独立して，データと同様に扱う．このような考え方をプログラム内蔵方式（stored-program computer）と呼ぶ．

数学者ジョン・フォン・ノイマン（John von Neumann）が書かれた報告書「First Draft of a Report on the EDVAC」（1945年）で最初にこのアーキテクチャを公開した．

演算装置と制御装置¶

演算装置は，算術論理演算装置（arithmetic/logic unit, ALU）とも呼ばれ，算術演算や論理演算を行う装置である．制御装置（control unit, CU）は，プログラムの命令を解読して他の装置を制御する．演算装置と制御装置を統合したものを中央処理装置（central processing unit, CPU）と呼ぶ．CPUは，コンピューターの中心的な役割を果たし，コンピューターの頭脳とも呼ばれる．以下の図は，Intel CoreのCPUを示している．

現在のCPUは、演算装置、制御装置、レジスタ（register）と呼ばれる高速な記憶装置を持つ．レジスタは、CPU内部でデータを一時的に保存するための記憶装置である．レジスタは、CPUが直接アクセスできるため、主記憶装置よりも高速にデータを読み書きできる．CPUは、バス（bus）と呼ばれる回線を通じて、記憶装置とデータをやり取りする．

記憶装置¶

記憶装置は，データやプログラムを保存するための装置である．現在のほとんどのコンピューターには，主記憶装置と補助記憶装置がある．

主記憶装置（main memory）は，CPUが直接アクセスできる記憶装置である．主記憶装置はデータやプログラムを一時的に保存する．電源を切るとデータが消える揮発性（volatile）を持つ．

補助記憶装置（secondary storage）は，データやプログラムを永続的に保存するための装置である．電源を切ってもデータが消えない不揮発性（non-volatile）を持つ．補助記憶装置は，HDD（Hard Disk Drive），SSD（Solid State Drive），USBメモリ，SDカードなどがある．

入力装置と出力装置¶

入力装置（input unit）は，コンピューターにデータやプログラムを入力するための装置である．キーボード，マウス，タッチパッドなどがある．

出力装置（output unit）は，コンピューターからデータ処理の結果を出力するための装置である．ディスプレイ，プリンタ，スピーカーなどがある．

コンピューターの入力装置と出力装置を合わせて入出力装置（I/O device）と呼ぶ．インタフェース（interface）は，コンピューター本体と周辺機器との間でデータをやり取りするための方式である．コンピューター本体に周辺装置との入出力のため設けられた接続端子をポート（port）と呼ぶ．次の図は，ThinkPad L13 Gen 4 AMDのポートを示している．

1. HDMI

2. USB 3.2 Gen1

3. USB 3.2 Gen1 Type-C

4. セキュリティスロット

5. SIMカードスロット

6. USB 3.2 Gen2 Type-C

7. USB 3.2 Gen1

8. マイクロホン/ヘッドホン・コンボ・ジャック

9. スマートカードスロット

HDMIは，ディスプレイとパソコン，ゲーム機などを接続するためのインターフェースである．

USBは，パソコンと周辺機器を接続するための汎用インターフェース仕様の一つである．マウス，キーボードなどの接続に使われる．現在多くのスマホー，ゲーム機．パソコンに搭載されているのがUSB Type-Cである．USB Type-Cの特徴は，コネクタ部分に上下の区別がないことである．さらに，USB Type-Cは，電源供給やデータ転送，映像出力などが可能である．

用語¶

練習問題¶

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