コンピュータとハードウェア
コンピュータのタイプ
≪ノイマン型コンピュータ（⇔非ノイマン型コンピュータ）≫
以下の２つの特徴を持つコンピュータをノイマン型コンピュータという。
現在のコンピュータはほとんどがノイマン型コンピュータである。
| ① プログラム内蔵方式 | ： | プログラムをメモリ内部に格納し、実行時に読み出す方式 |
| ② 逐次コンピュータ | ： | 指定された順序に沿って（直列に）命令を実行するコンピュータ |
ハードウェアの基本構成
| CPU | ： | 情報の処理・操作（制御）・演算を行う装置 |
| メモリ | ： | 情報を格納する装置 |
| Ｉ／Ｏ | ： | 入出力(I/O) を行う周辺装置 |
| バス | ： | 各装置間の通信路（情報の伝送路） |
CPU
≪クロック周波数[Hz]≫
CPU の動作するタイミング。周波数が高いほどパソコンの命令実行速度が向上し、処理速度も向上する。
≪MIPS≫
計算機の処理速度を表す単位。１秒間に100 万回の命令を実行できる場合を1MIPS という。
≪FLOPS≫
計算機の処理速度を表す単位。１秒間に何回の"浮動小数点演算"を行うことができるかを表す。100万回計算できる場合は1MFLOPSという。
≪プロセス（タスク）≫
CPU の内部での仕事の単位。
cf） ジョブ ： ユーザーがコンピュータに仕事を与える単位。
≪TSS（時分割システム：Time Sharing System）≫
複数のユーザーが一台の計算機を同時に使用できるように、CPU の処理時間を短い時間に分割し、複数のプロセスを同時に実行するシステム。
≪スーパーコンピュータ≫
CPU を複数個搭載することで命令を並列処理できるようにした計算機。代表的な非ノイマン型コンピュータ。近年ではパソコンでもCPU を複数個搭載している場合がある。多プロセッサで多プロセスを同時に処理することをマルチプロセッシングという。
≪SISC≫
CPUの設計様式の一つ。できるだけ多くの処理をハードウェア側で実現するようにしたもの。ソフトウェアの構成が比較的簡単で、既存の計算機との互換性や、他機種への移植性が高い。
≪RISC≫
CPUの設計様式の一つ。ハードウェアで処理する命令を基本的なものだけに限定し、構成を簡単化することで高速処理を実現するもの。縮小命令セットコンピュータともいう。ＣＩＳＣに比べソフトウェアの構成が複雑になる。
半導体メモリ
半導体メモリは、読み書きができるRAMと読み出し専用のROMに大別することができる。
≪ROM（Read Only Memory）≫
読み取り専用のメモリで、電源を切っても内容を保持できる。BIOS(ハードウェアの制御ルーチン)等に使用される。
| 種類 | 特徴 |
|---|---|
| マスクROM | 製造時に情報を書き込み、製品化後は読み込みのみ可能なROM。 |
| PROM | １回のみ書き込み（プログラム）可能で、消去は不可能なROM。 |
| EPROM | 電気的に書き込みが可能。紫外線の照射により内容を消去できる。 |
| EEPROM | 電気的に書き込みと消去が可能。フラッシュメモリなどに利用されている。 |
≪RAM（Random Access Memory）≫
電気的に情報を保持する、ランダムアクセス可能なMOSメモリ(CMOS等)である。通電を止める(電源を切る)と、記憶内容を失う。
| 種類 | 特徴 |
|---|---|
| SRAM | フリップフロップによって構成されるメモリ。DRAM に比べて高速だが高価。 |
| DRAM | キャパシタ（コンデンサ）の荷電量によって記憶するメモリ。 漏れ電流によって記憶内容を失うため、定期的にリフレッシュ（記憶保持動作）が必要。 SRAM に比べて集積度が高く、大容量化が可能。 |
メモリの種類
≪レジスタ≫
CPU に内蔵されている、情報を一時的に格納する回路。演算はこの上で実行される。半導体(IC)メモリの中で最も高速だが、最も容量が少ない。バイポーラメモリ（TTL 等）が用いられる。
≪キャッシュメモリ≫
メインメモリよりも小容量・高速なメモリ。バッファメモリとも呼ばれる。主にSRAM が使用される。命令を実行する際、データの一部をメインメモリからキャッシュメモリへ転送しておき、ここから情報を読み込むことで処理を高速化する方式をキャッシュ方式という。
≪メインメモリ≫
半導体メモリの中では最も大容量だが低速なメモリ。主にDRAM が使用されるが、SRAM を使用する場合もある。現在の主流はSDRAM、EDO、DRAM、ラムバスDRAM 等で、パソコンにはモジュール化した状態で取り付ける。
≪キャッシュメモリ≫
メインメモリよりも小容量・高速なメモリ。バッファメモリとも呼ばれる。主にSRAM が使用される。命令を実行する際、データの一部をメインメモリからキャッシュメモリへ転送しておき、ここから情報を読み込むことで処理を高速化する方式をキャッシュ方式という。
≪補助メモリ (外部メモリ）≫
最も大容量だが低速の記憶装置。CPU やメインメモリの外部に装備される。アクセスタイムよりも記憶容量を重視し、情報の長期保存が主な目的となっている。
外部メモリ
≪磁気ディスク≫
磁気により円盤状の媒体（ディスク）に記憶する。ランダムアクセスが可能。
ⅰ） ハードディスク (HDD)
一般に可搬性はない。外部記憶装置としては高速で大容量。
ⅱ） フロッピーディスク (FDD)≫
可搬性がある。安価だが低速・小容量。
≪磁気テープ≫
磁性体を塗布したテープ（音楽のカセットテープと原理は同じ）に書き込みを行う。可搬性があり非常に大容量だが低速。ランダムアクセスはできない(逐次アクセス方式）。主にバックアップに利用される。
例）テープストリーマ、DAT
≪光ディスク≫
レーザー光により読み書きを行う。比較的低速だが大容量で可搬性がある。
例）CD-ROM、CD-R、DVD
≪光磁気ディスク（MO）≫
レーザー光を用いて磁性体に書き込みを行う装置。光ディスクよりも小容量。可搬性がある。
入力装置
外部（人間）から計算機へ情報を伝達する装置。
例） キーボード、マウス、タッチパネル、タブレット、イメージスキャナ
≪タブレット(ディジタイザ）≫
座標入力装置の一種。読み取り板（シート）の表面をペンで触れることでその位置を検出する。圧力検知をするものもある。
≪イメージスキャナ(スキャナ）≫
画像を計算機に入力する装置。CCD カメラ等を用いて対象を光学的に走査し、光の反射率から色を判断する。
≪OCR (Optical Character Reader) ≫
紙などに書かれた文字を読み取り、それを分析し文書に変換する装置。スキャナと異なりテキストが得られる。
≪OMR (Optical Mark Reader) ≫
該当場所が塗りつぶされたマークシートを読み取る装置。臨床工学技士国家試験のマークシートもOMRを使って採点されている。
出力装置
計算機からの情報を外部に転送する装置。表示、作図、印刷装置などがある。
≪プロッタ≫
設計図などをパソコンで作成した場合、印刷時に正確な寸法で出力させることができる装置。
例） X-Y プロッタ
≪ディスプレイ≫
一時的な情報を得るために使用する。代表的な表示装置。
① CRT ディスプレイ
ブラウン管やトリニトロン管を使用する。安価だが奥行きが大きく、消費電力も多い。
② 液晶ディスプレイ
液晶素子を利用する。現在はTFT、STN カラー液晶が主流。高価だが薄くて軽量、消費電力もCRT の数分の一である。
③ プラズマディスプレイ
ガス放電によって発生する紫外線や計抗体を利用するディスプレイ。
≪プリンタ≫
１．インパクトプリンタ
接触式のプリンタで、機械式のものが多い。物理的に圧力を加えるため、カーボンコピーが可能。騒音が大きく低解像度でランニングコストが高い。現在では特殊な用途を除いてあまり使用されていない。
２．ノンインパクトプリンタ
非接触式のプリンタで、高解像度、低騒音のものが多い。現在の主流。
① インクジェットプリンタ
電気や熱などによりインクを粒子状にしてノズルから噴射する方式のプリンタ。カラー化が容易。ランニングコストが低く、高品質なプリントが可能。
② 熱転写プリンタ
インクリボンに印刷ヘッドから熱を加えることで、用紙に転写するプリンタ。ランニングコストが比較的高く、プリントは遅い。
③ 感熱プリンタ
熱により変色する用紙を使用するプリンタ。インクを使わないので、感熱紙以外に印刷できない。ワープロやFAX でよく用いられている。最近ではレジのレシート印刷にも使用されている。
④ レーザープリンタ
レーザー光や静電気によりドラムに出力内容を転写し、電子写真方式で印刷するプリンタ。最も高速で高解像度だが高価な製品が多い。
◆ 印字部分の違い
シリアルプリンタ
１文字ずつ印刷するプリンタ。横方向への走査が必要なものはすべてシリアルプリンタである。
ページプリンタ以外の個人向けプリンタはほぼすべてシリアルプリンタである。
ページプリンタ
電子写真方式でページ単位に印刷するプリンタ、最も高速で低騒音。
レーザープリンタはこの方式。
