コンピュータの仕組み

スマホもゲーム機もパソコンも、見た目は全然ちがうのに、中身の設計図はほぼ同じです。 今回はその「共通の設計図」をのぞきます。これが分かると、この先のプログラミングまで 一本の線でつながります。

コンピュータは何でできている？ ― 5つの係

どんなコンピュータも、次の 五大装置（ごだいそうち） に分けられます。 レストランの厨房（ちゅうぼう）にたとえると、役割が一発でつかめます。

装置	役割	厨房でたとえると	身近な例
入力装置	データを受け取る	食材を運んでくる人	キーボード・マウス・カメラ
記憶装置	データを覚えておく	材料を置く作業台・倉庫	メモリ・SSD
演算装置	計算する	実際に手を動かす料理人	CPUの中
制御装置	全体に指示を出す	段取りを仕切るシェフ	CPUの中
出力装置	結果を外に出す	料理を客に届ける人	画面・スピーカー・プリンタ

この5つが順番に仕事をリレーしているだけ。 「複雑そう」に見えても、係を分けてしまえば、やってることは案外シンプルなんです。

CPUとメモリって結局なに？ ― 主役の2人

五大装置のうち、演算装置と制御装置をまとめたものが CPU（中央処理装置）です。 つまり CPU は「計算する料理人」と「段取りを仕切るシェフ」を兼ねた、コンピュータの頭脳。

そして 記憶装置の中心が メモリ。メモリは 「作業机」 です。 机が広い（メモリが大きい）ほど、一度にたくさんの作業を広げられます。

「メモリ16GB」みたいな数字は、この 作業机の広さ のこと。 机が狭いとアプリをたくさん開いたときに置き場所が足りなくなって、動きがもたつく――というわけです。

なぜ1台で何でもできる？ ― プログラム内蔵方式

昔のコンピュータは、やることを変えるたびに 配線をつなぎ直して いました。 電卓を計算機にしたいだけなのに、毎回ケーブルを差し替える。想像するとうんざりですよね。

そこで生まれた天才的なアイデアが プログラム内蔵方式（フォン・ノイマン型） です。

手順（プログラム）も、データと同じようにメモリに置いておく。

たったこれだけ。配線を変えなくても、メモリの中身を入れ替えるだけ で別の仕事ができる。 今のコンピュータが「1台でゲームも動画も計算もこなす」のは、この発想のおかげです。 アプリをインストールするのは、まさに「新しい手順をメモリ（や倉庫）に置く」こと。

中では何が起きてる？ ― 超単純なことの高速反復

CPUがやっていることは、実はものすごく単純な手順の繰り返しです。

1. メモリから命令を1つ取り出す（フェッチ）
2. それが何の命令か読み解く（デコード）
3. 実行する（計算する・データを動かす）
4. 次の命令へ進む

[メモリ] 命令1 命令2 命令3 …
            ↓ 取り出す（フェッチ）
[ CPU ] 読み解く → 実行 → 次へ → 読み解く → 実行 → …

この1〜4を、最近のCPUは 1秒間に何十億回 も繰り返しています。 「単純な作業を、ありえない速さで、正確に繰り返す」。これがコンピュータの正体。 頭がいいのではなく、とにかく速くてミスをしない、それだけなんです。

ところで、CPUもメモリも、結局あつかえるのは 0と1だけ。 文字も画像も音楽も、ぜんぶ0と1です。なぜ「たった2種類」で世界中の情報を表せるのか？ 次回はその秘密、2進数と論理回路 を解き明かします。