コンピュータってなに?【解説】

2021年10月2日

こんにちは、ふぁいちです。

突然ですが皆様は、機械に弱い友人から

コンピュータってなに?

と聞かれた時にしっかりと答えることはできますでしょうか?

「パソコンのことだよ」と回答してしまいたくなりますが、パソコンはパーソナルコンピュータの略ですので、残念ながらその回答では説明不十分になってしまいます。

では、コンピュータとは一体なんと説明すればよいのでしょうか?

そこで、本記事では「コンピュータってなに?」という疑問を解消できるように簡単に説明をしていきます。

コンピュータの役割

コンピュータ(computer)をの単語自体をインターネットで検索してみると

計算機。特に、電子計算機。トランジスター・IC・LSIなどの電子回路を用いて、高速度で計算やデータ処理、また、情報の記憶保存・検索などができる装置。

https://dictionary.goo.ne.jp/word/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC/

上記のような説明が見つかりました。上記の内容にもある通り、「コンピュータってなに?」という問いに対する最も簡潔な回答は「電子計算機」です。

とはいえ、その回答だけで「ああそうなんだ!」とはならないと思いますのでもう少し説明を加えていきますね。

コンピュータのはじまり

そもそも『コンピュータ』というものがいつ生まれたのかを簡単にまとめてみます。

一番最初の『コンピュータ(電子計算機)』は「複雑な計算を簡単に行いたい」というモチベーションから生まれました。

それが、1946年にアメリカで開発された『ENIAC』です。

ENIACは17,468 本の真空管を使い、 床面積は 100m2、 重量 30 トン、消費電力150kWという想像もできないような規模の超大型コンピュータでした。

第二次世界大戦中に複雑な計算=弾道計算を行うために開発されました。もともとアメリカの砲兵隊は、ほぼ手計算で砲弾の弾道を計算していたよう(数十時間とか掛かるらしいですよ・・・)で、 さすがにこれじゃあ遅いよねってことでENIACが開発されたみたいです。

ということで、複雑な計算を自動で処理させるために生まれた世界初(諸説あり)の電子計算機がENIACでした。つまり、コンピュータのはじまりは『手動で計算していたものを自動で機械に処理させよう』というモチベーションから来ているということがわかりました。

コンピュータの原理

さて、コンピューターは電子計算機だということがわかりましたが、メールにネットブラウジングなどなど何でもこなしてくれるので「計算機」という表現がしっくりときていない方も多いのではないでしょうか?

結論から言ってしまうとコンピュータは『1と0の足し算しかできない』んです。

一つずつ順を追って説明していきますね。

コンピュータが取り扱える数字

え、コンピュータって計算ができるんだから人間と同じ数字が扱えるんじゃないの?

とお思いの方が多いかと思いますが、実は違うのです。結論から言ってしまうと彼らが取り扱える数字は0と1だけです。

これは、そもそものコンピュータを構成している電子部品が原因となっています。

コンピュータをどんどん分解していくと以下の図のようになります。

構成要素の最小単位はトランジスタと呼ばれる半導体部品です。このトランジスタがたくさん集まるとCPU(コンピュータの脳みそ。これがないと他の部品が仕事をすることができない)になります。

トランジスタは「電流を流すか流さないかをコントロールすることができる部品」で、電流を流す状態を"1″、流さない状態を"0″と表現することが出来ます。

コンピュータを構成している部品がそもそも1か0かしかコントロールできないために、冒頭で述べた「コンピュータが扱える数字は0と1だけ」という言葉が証明されるわけです。

とにかく多くの「0と1の組み合わせ」を用いることで、コンピュータは複雑な処理を実現していきます。

例えば、「このトランジスタとこのトランジスタに電流を流すことで、ディスプレイの特定の箇所を光らせる」といった流れになります。この1と0だけの組み合わせを「機械語」と言い、この機械語を人間の言葉に近づけたものが「プログラミング言語」となります。

コンピュータの構成要素

コンピュータを構成している要素は大きく5つに分けることができます。

  1. 演算装置
  2. 制御装置
  3. 記憶装置
  4. 入力装置
  5. 出力装置

上記の5つ要素備えていることが今日のコンピュータとして成り立つ条件と言っても過言ではありません。

それぞれの機能はざっくりと以下のように関わり合っています。基本的に演算装置制御装置が全体に命令を出していくことになります。



入力装置

外部から情報(データ)を取り込むための装置を入力装置と言います。

文字情報を入力するならキーボード。音情報を入力するならマイクロフォン。映像情報を入力するならカメラとなります。これらは比較的に身近な装置だと思いますので想像しやすいかと思います。

これらの装置で入力された情報は演算装置記憶装置へと引き渡され、次の処理に進みます。

記憶装置

記憶装置は一言でいうと情報を保存しておくための装置です。

記憶装置は記憶しておく期間や目的によってさらに二つに分けることが出来ます。

主記憶装置

主記憶装置は、後述するCPUというコンピュータの脳みそと直接やりとりをするために情報を一時保存しておくための記憶装置です。

ちょっとした計算結果や単純命令の一次保存等のメモ帳的な役割が主な用途になりますので、容量自体はあまり大きくないという特徴があります。

代表的な主記憶装置としては、メモリが挙げられます。

補助記憶装置

補助記憶装置は記憶装置とは異なりCPUと直接やりとりはしません
従って、CPUが行う高速な仕事には直接関わりませんので、そこまできびきびと応答する必要がありませんが、長期的にたくさんのデータを保存しておくという役割があります。

例えば写真や動画、アプリ等のデータは補助記憶装置に保存されていきます。

代表的な補助記憶装置としては、ハードディスクSSDといったものがあります。

処理装置(CPU)

処理装置は、先述の演算装置と制御装置をまとめた装置のことで、コンピュータ全体に指示を出しながら管理統制を行う脳みそのような装置です。所謂CPUです。

CPUはCentral Processing Unitの頭文字を取ったもので、日本語訳すると『中央処理装置』という意味になります。「コンピュータの中心になって、全体の管理統制をするもの」という機能をよく表した名称だと思います。

制御装置が主記憶装置から情報や命令を取り出し、演算装置がそれらを計算・処理するという流れになります。この辺の流れは、本格的にコンピュータアーキテクチャを学ばれたいという方は更に踏み込んで学ばれることをオススメいたします。

内容がモリモリになってしまうので、本記事では詳細は省きますがざっくりと以下図のような流れでデータを処理していきます。

※スキップしていただいても構いません。

パソコンとサーバー

「サーバーが落ちた」

などと言った言葉をよく聞かれるかもしれませんが、そのサーバーというものは皆さんがお持ちのパソコンと何が違うのでしょうか?

ここからはパソコンサーバーというものの違いについて簡単に説明をしていきます。

パソコンとは?

パーソナルコンピュータの略で、個人向けのコンピュータのことを差します。

インターネット上の情報を集めたり、メールのやり取りをしたり、ゲームをしたりといった用途でほどほどのスペック(たまにわけからないくらいハイスペックなものもあるけど・・・)で、個人でも購入できる金額帯で販売されています。

今までに説明してきた基本的な仕組み全てが取り入れられています。

サーバーとは?

基本的にはパソコンと同じで、今までに説明してきた要素全てが取り入れられているコンピュータですが、大きくことなる点は24時間連続安定稼働が求められるという点です。

というのも、ずっと電源をつけておいて「WEBページを表示」したり、「オンラインゲームを稼働」させたり、「メールを送受信するため」に機能していたりします。

従って、熱くなって電源が落ちたり動作がモッサリしたりしてはいけません

そうなると、パソコンとは違って高性能な部品で構成する必要があるので一般的な家庭が必要とするようなスペックを越えますし、なにより金額も非常に高くなります。

まとめ

ということで、本記事ではコンピュータってなに?という点についてざっくりと説明をしていきました。

コンピュータとは『電子計算機』のことで、手動で処理できないような複雑な計算を自動で行える便利な機械のことでした。

本記事以上にさらに深めていきたいと思って頂けた方がいらっしゃいましたら、是非とも以下の無料のUdemy講義をご覧になっていただければと思います(宣伝)。

なにかご質問等ございましたらお気軽にTwitterやお問い合わせフォームよりご連絡頂けますと幸いです。

それではまた次回の記事でお会いしましょう〜