データの流れをたどってみよう【コンピュータの構成】

コンピュータの構成


この記事ではコンピュータの構成について、5大装置の相互関係をもとに解説していきます。コンピュータの構成については装置間のデータの流れに着目すると明快です。ユーザによってデータが入力されコンピュータ内部で加工されて出力されるまでの流れを、順番に追っていきましょう。

コンピュータの構成とデータの流れ


ユーザから入力されたデータは、まず電気信号に変換されます。その後、電気信号がメモリとCPUでやり取りされ、その結果が画面上に表示されるわけです。その流れを下の図にまとめました。

データの流れ
図1:5大装置間におけるデータの流れ


図からうかがえることは、

  • ①でキーボードから文字が入力され、
  • ②で文字データがメモリに格納され、
  • ③と④でデータが加工され、
  • ⑤で結果が画面に出力される


ことですね。


ここでは「こんにちは!」とエディタに入力した場合を想定しています。ちなみに「エディタ」とは、Windowsでいうなら「メモ帳」のことだと捉えていただいて結構です。

それでは、上の図をもとにくわしく説明していきます。

①文字を入力する


「こんにちは!」と入力した結果をディスプレイに表示させる


この例をもとに説明していきます。先にも書きましたが確認のために記載させていただきました。これより説明していきます。

まず、ユーザがキーボードでキーを打ち込みます。「こんにちは!」とキーボードをタイプするのです。そこでキーボードから電気信号、つまりデータがメモリに送られます。

これでユーザによってコンピュータにデータを表示する試みがなされました。まだこの段階ではディスプレイには何も表示されません。ここはあくまでデータの流れの起点なのです。

②メモリに格納される


キーボードから送られたデータをメモリが一時的に保持します。ここでコンピュータはユーザからの伝言である「こんにちは!」を記憶しておくわけです。

これでメモリとCPUの間でデータのやり取りができるようになりました。メモリ内のデータはこの後CPUに送られます。

③データの受け渡し


実はメモリに展開されているデータは「こんにちは!」という文字列だけではありません。「こんにちは!」と画面に表示させるためのプログラムもコンピュータに与える命令としてメモリ上に存在しているのです。

「こんにちは!」というデータとディスプレイに表示せよという命令は別々に存在しています。これをCPUの中で解釈して「『こんにちは!』とディスプレイに表示せよ」という、ひとつの命令に仕立てるわけです。

ここで「ただのデータ」が「命令」に変わりました。この命令はCPU内の制御装置(デコーダ)で解釈され、ようやくユーザの意図がCPUに伝わるわけです。

ここでもまだ文字列が画面に表示されることはありません。ここがデータの折り返し地点だといえますね。

④ディスプレイへの命令を準備する


制御装置で解読された命令をディスプレイに伝えるために、演算装置で命令を処理します。ディスプレイへの指示をここで組み立てているのです。

⑤文字を出力する


演算装置で組み立てられた命令をメモリを介してディスプレイに送ります。

ここで、ようやく画面に

こんにちは!


と表示されるのです。ここがデータの終点だといえます。コンピュータではこのような処理が1秒間に何億、何十億も繰り返されるのです。

ここでデータの流れの様子を再掲します。説明の前と後では理解度合いが変わってくるかもしれません。

データの流れ
図2:5大装置間におけるデータの流れ(再掲)


制御の流れについては触れないのか?


ところで、情報処理試験のテキストにはたいてい制御の流れの図も載っています。しかし、上に載せた図には制御の流れは示されていません。

これは制御装置がすべての装置に対して命令を送るためです。言い換えるなら、矢印がすべての装置を指すから。5大装置の相互関係を分かりやすく示すための措置です(合法的な手抜きともいう)。

CPU(制御装置)はメモリ上に存在する命令や電気信号のタイミングなどに応じて、それぞれの機器に指令を与えます。コンピュータの5つの装置は電気信号でつながっているともいえそうです。

一応アイキャッチにはデータの流れと制御の流れを示してありますが、制御の流れも示しておきたいのでこちらにも載せておきます(結局載せるサービス精神(笑))。

コンピュータの構成
図3:コンピュータの構成


余談:コンピュータと生き物との共通点


データの流れの側面よりコンピュータと生き物の共通点についてまとめていきます。こちらは本筋から少しそれた「オマケ」です。

目の前にある出来事にたいして見聞きし、頭で考え反応する。この点においてはコンピュータも生き物も同じといえます。

  • ライオンが目の前にシマウマを見つけてそれらは食料であるという記憶のもと脳内で次にとるべき行動を考え実行にうつす
  • 人間が目の前の山積みのタスクを目にして、それらをワーキングメモリに留めつつ脳内で処理しつつ順番に片付けていく


とくに2番目についてはコンピュータにも置き換えることができます。

  • コンピュータが与えられたタスクを認識してそれらを記憶しCPU内で順番に処理していく

………といった具合です。


データに対するアプローチの仕方コンピュータも生き物も広い枠でとらえれば同じということです。これはコンピュータを理解する上で重要な視点のひとつだといえます。

まだ知らない事柄すでに理解している事柄との共通点を探ることは、知らないことや難しいことと向き合う上で大いに役に立つのです。





それでは、今回はここまでといたします。
最後までお読みいただきありがとうございます。


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