ハードウエア（パート1）

 

ハードウエアは５つ種類があります。

  • 入力装：キーボード、マウス・・

  • 記憶装置：メモリ、ハードディスク・・

  • 演算装置：CPU

  • 出力装置：ディスプレイ、プリンタ・・

  • 制御装置：CPU

まずはCPUについて調べましょう！

  1. CPUとは
    CPUはコンピュータの頭脳にあたる重要な部分で、膨大な数のプログラムの命令を処理する役割です。

  2. CPUの命令実行サイクル
    CPUは複数の命令を受ける時、細かく命令を分けて、一つづつ処理します。記憶装置に読み込まれたプログラムから命令を一つづつ順番に取り出して処理します。CPUの命令実行cには５段階のステージがあります。

    • 命令フェッチ（Fetch）：命令を主記憶から取り出し、CPUの命令レジスタに取り込むこと。

    • 命令の解読（Decode）：命令コードを解読すること。

    • 実効アドレス計算（Address Calculation）：命令対象となれオペランドの格納場所を渓山して求めること。

    • オペランド読出し（Read）：主記憶お実効アドレスにアクセスし、オペランドを読みだすこと。

    • 命令の実行（Execution）：命令を実行し、必要に応じて結果データを主記憶に書き込むこと。

  3. アドレス指定方法
    主記憶にプログラムを読み込む時、空のアドレスを使います。 そのため、対処データも保存場所を示すアドレス部も、プログラムの特性に応じて計算して求められるように指定します。この方法はアドレス指定方法と言います。

  4. CPUの性能を示す指標
    CPU の指標を評価するため、CPI、MIPS、クロック周波数 の値を使います。

    • クロック周波数 ：クロックはCPUの内部です。クロックと呼ばれる信号に合わせて仕事をこなします。同じ時間で比べると、CPUより多くのクロックの方が仕事を処理する時、早いと言えます。。単位はHzを使います。
    • CPI：命令を実行するために必要なクロック数をCPIと言います。それで、同じ命令で比べた場合、より短いクロック数で実行できるCPUの方が性能が高いと言えます。
    • MPIS：1秒間に実行できる命令数をMIPSと言います。同じ時間で比べてより多くの命令数を実行するCPUの方が性能が高いと言えます。

  5. CPUの高速化技術
    CPUは主記憶に命令を一つずつ順番に実行する方法を逐次方法と言います。そのため、ある装置が実行している間、その前後の処理を担当する装置に待ち状態が発生しています。それで、一つずつ命令を順番に実行する場合、時間がかかります。それで、全ての装置を使用するように高度化する技術が使われます。

    • パイプライン処理：各命令は小さく分けて処理されます。命令1のサイクルが終わる前に、次命令2のサイクルの処理を始める方法をパイプラインと言います。

    • スーパパイプライン：パイプライン処理の各段階をさらに細かく分けて順調に実行します。

    • スーパスカラ：複数のパイプライン処理を行う回線を設けることに、同時に複数の命令を処理し、高度化する方法をスーパスカラと言います。

     

 

ハードウエア（パート2）

１：主記憶とキャッシュメモリ

  • コンピュータでデータを記憶しておくため、メインとなる主記憶と主記憶を補助する補助記憶があります。

　CPU     ->　主記憶　->　補助記憶

CPUから主記憶までデータを輸送するのは早いですが、主記憶から補助記憶までデータを輸送することが遅いです。

  • 主記憶の種類はRAMとROMです。
    • RAMとはコンピュータの電源を切ったときに保存していたデータが消えてしま うので、揮発性メモリといいます。
      • RAMは二つ種類を含みます。DRAMとSRAMを分けます。
    • ROMとはRAMの役割が逆なので、不揮発性メモリといいます。
  • キャッシュメモリ：主記憶は、補助記憶よりも読み書き速度は速いですが、 CPUに比べるとまだまだ遅いので、そのために、CPUと主記憶の間に 高速なSRAMを使われます。これをキャッシュメモリといいます。

　　　CPU    -> キャッシュメモリ　-> 主記憶　-> 補助記憶

　実効アクセス時間 ＝ キャッシュメモリのアクセス時間×ヒット率 ＋主記憶のアクセス時間 x（1－ヒット率）

2: 補助記憶

  • 補助記憶は以下のように種類があります。
  • 磁気ディスクの特徴は磁性体を塗った薄い円盤（ディス ク ）に磁気の力を使って、データを 読み出したり書き込んだりします。
  • 光ディスクの特徴は薄い円盤にレーザー光を当てることに よって、データを読み出したり、書 き込んだりします。
  • フラッシュメモリは 電気で書込みや消去を行う半導体メモリです。コンパクトでアクセス速度が 速いです。

3: 入出力装置

  • 以下のようなものがあります。
  • ディスプレイの解像度：ディスプレイは様々な文字や画像を小さい点の集まりによって表現しています。一つ一つの点をドットといいます。ディスプレイの画面など特定の周囲の中に、この画素が何個表示できるかを表した数値を解像度といいます。