1. コンピュータの基本構成
ハードウェアの構成要素
- 入力装置: キーボード、マウス、タッチパネルなど
- 出力装置: ディスプレイ、プリンタなど
- 主記憶装置（メインメモリ）: プログラムやデータを一時的に保存
- 補助記憶装置: ハードディスク、SSDなど、データを永続的に保存
- 中央処理装置（CPU）: 演算装置と制御装置から構成
CPUの役割
CPUは演算装置と制御装置から構成され、コンピュータの中核として動作します。
- 演算装置: 計算処理を実行
- 制御装置: 各装置を制御し、プログラムの実行を管理
2. CPUの内部構成と動作原理
CPU内部の主要構成要素
| 構成要素 | 機能 |
|---|---|
| プログラムカウンタ | 次に実行する命令の番地を指定 |
| 命令レジスタ | 主記憶装置から取り出した命令を一時保存 |
| 命令解読器 | 命令を解読して各部を制御 |
| データレジスタ | データを一時的に保存 |
| 演算装置 | 算術演算やその他の演算を実行 |
基本的な命令セット
- READ: メモリからレジスタにデータを読み出し
- WRITE: レジスタからメモリにデータを書き込み
- ADD: レジスタ間でデータを加算
- STOP: プログラムの実行を停止
3. CPUの動作サイクル
CPUは以下の3段階を繰り返してプログラムを実行します：
1. 命令の取り出し（Fetch）
- プログラムカウンタが指定する番地から命令を取り出す
- 命令を命令レジスタに格納
2. 命令の解読（Decode）
- 命令解読器が命令の内容を解析
- 実行に必要な制御信号を生成
3. 命令の実行（Execute）
- 解読された命令に従って処理を実行
- プログラムカウンタを次の命令番地に更新
4. 計算処理の具体例（3 + 5 = 8）
実行される命令の流れ
- READ A, (10): 10番地のデータ「3」をレジスタAに読み出し
- READ B, (11): 11番地のデータ「5」をレジスタBに読み出し
- ADD A, B: レジスタAとBの値を加算し、結果「8」をレジスタAに格納
- WRITE (12), A: レジスタAの内容「8」を12番地に書き込み
- STOP: プログラム実行終了
データの流れ
主記憶装置 → レジスタ → 演算装置 → レジスタ → 主記憶装置
5. 重要なポイント
プログラムとは
処理の手順を一定の形式で表したもので、コンピュータが情報を処理するために必要不可欠です。
レジスタの役割
CPU内部の高速な記憶領域で、演算に必要なデータを一時的に保存します。プログラムカウンタもレジスタの一種です。
逐次実行
コンピュータは命令を一つずつ順番に実行し、各命令の完了後に次の命令に進みます。
まとめ
コンピュータは入力されたプログラムに従って、取り出し→解読→実行のサイクルを繰り返すことで処理を行います。この基本的な動作原理を理解することで、より複雑なコンピュータシステムの仕組みを理解する基礎が身につきます。
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