[IT][基礎知識]ノイマン型コンピュータ

はじめに

今日はノイマン型コンピュータの基本的な仕組みについて学びました。

コンピュータ(computer)とは

• 広義には計算機、狭義には計算開始後人手を介さず計算終了まで動作する機械
• つまり計算する道具
• 世界初のコンピュータ…ABC(1949)
• 当時は真空管の配列が計算内容をそのまま反映したものであり、計算ごとに配線をやり直していた
• 初のノイマン型コンピュータEDSAC(1949)

ノイマン型コンピュータ

　ハードウェアから独立したプログラムを、データとして記憶装置(メモリ)に格納し、順番に読み込み、実行する方式のコンピュータ。
　現在のコンピュータのほとんどがノイマン型です。
　そのため、ノイマン型コンピュータの原理を知ることがプログラムの基礎の理解につながります。

概要

• ジョン・フォン・ノイマンが提案
• 「プログラム」をハードウェアから独立
• 汎用のハードウェアでプログラムを実行させる方式
• ソフトウェア（プログラム）の概念の誕生

原理

• 基本的に単純な命令を順番に実行する機械にすぎない
• 命令とデータそれ自体に区別はなく、形式はいずれもビット列
• プログラムはCPU内部で、制御装置がメモリ上の命令をひとつづつ読みだして実行する
• プログラムカウンタが指される語が命令
• 演算命令の番地部として指された語がデータ
• 命令の取り出しが電子的に行われるため高速
• プログラムをデータと同じように加工できる

　なお、近年は動作周波数の頭打ちやビッグデータの需要により、大量のデータを扱う分野(FPGAベンダー、データセンター、金融機関など)で、非ノイマン型コンピュータのあり方が模索されています。

情報の単位・２進数

• ０：オフ（通電していない）
• １：オン（通電している）

パソコンの電源キーのデザインは0と1を組み合わせたもの。

ビットとバイト

• １ビット：０か１の情報、２通り
• １バイト(８ビット):文字コードを割り当てできる、256通り

バイトの持つ情報単位の概念として、ブラウン管のTV。
Red,Green,Blueviloletの、2の3乗の色数を合成して表示する。

文字コード

• 英数字や記号は1バイト(8bit)
• ひらがな・カタカナ漢字は２バイト(16bit)

単位

• １B(Byte)：８bit
• １KB：1024B
• １MB：1024KB
• １GB：1024MB
• １TB：1024GB

ハードウェア

• 制御装置：プログラムを解読、各装置に命令を出す
• 演算装置：命令に従って計算や処理を行う、制御装置と合わせて「CPU」
• 記憶装置：プログラムやデータを記憶、保存。主記憶装置と外部記憶装置に別れる
• 入力装置：データを取り込みメインメモリに渡す。キーボードやマウス
• 出力装置：メインメモリのデータを出力。ディスプレイやプリンタ

CPU(Central Processing Unit、中央処理装置)

「制御」「演算」の機能を持つ

• ビット数：CPUが一度に処理できる情報量
• クロック周波数：コンピュータ内部でデータを処理するために同期を取るテンポ、演算スピードの目安
• マイクロプロセッサー：ひとつのチップで構成されるCPUのこと

メモリー

プログラムや処理に必要なデータを記憶する装置

ROM…Read Only Memory

読み出し専用。パソコンを動作させるプログラムやデータを保存、これによりパソコンが起動する。電源が切られても消えないデータ。

RAM…Rondom Access Memory

読み出しと書き込みが可能。揮発性の、電源が切ったらなくなる一時的なデータ。
使用箇所はばらばらに使われる→大きい空き場所から使われる。
再起動するとメモリのデフラグメンテーションが行われる。

外部記憶装置

• 電源を切っても記憶内容を保存
• プログラム、処理に必要なデータを記憶する装置
• ハードディスクとリムーバブルメディアがある

パーソナルコンピュータ

a personal computer：個人使用が想定されたコンピュータの総称。アラン・ケイにより提唱。（ダイナブック構想）