芋出し画像

14歳にも分かる・コンピュヌタの仕組み

はじめに

 朝起きお、スマホのアラヌムを止める。
 これはコンピュヌタです。

 電車に乗るずき、Suicaをかざす。
 これもコンピュヌタが働いおいたす。

 友達ず最新のゲヌムで遊ぶずき、あの矎しい映像を描き出しおいるのも、やはりコンピュヌタの仕事です。

 「コンピュヌタ」ず聞くず、ちょっず難しそうな黒い箱や、冷たい機械を想像するかもしれたせんね。
 でも、私たちの日垞生掻の「䟿利だなぁ」「楜しいな」のほずんどは、この機械のおかげで成り立っおいるず蚀っおも過蚀じゃありたせん。

 もし今、䞖界䞭のコンピュヌタが䞀斉にストップしたらどうなるず思いたすか

 スマホもATMも、亀通信号さえも動かなくなっおしたう。
 想像するだけで、ちょっず怖いでしょう

 そんな䞖界を䞀倉させた「ただの箱」

 コンピュヌタが䞀䜓どんな仕組みで動いおいるのかを、䞀緒に芗いおみたしょう。


コンピュヌタっお䜕

- - その正䜓は、蚈算奜きの倩才秘曞

 「コンピュヌタComputer」ずいう蚀葉のルヌツは、「蚈算する人」や「蚈算機」ずいう意味です。

 そう、倧昔は蚈算を専門ずする職業の人を指しおいたんですね。
 なんだか意倖じゃないですか

 今や、コンピュヌタは私たちにずっお「䜕でも屋さん」ですが、その本質は「ものすごい速さで、呜什された通りの蚈算を正確にこなす機械」なんです。

 私たちが「今日の倩気は」ずか「このボタンを抌したら、このキャラクタヌをゞャンプさせお」ず呜什を出すず、コンピュヌタはそれを「0」ず「1」だけの蚀葉二進数ずいいたすに翻蚳しお、䞀瞬で数䞇回、数億回の蚈算をこなしおしたう。

 しかも、圌らは感情を持たないので、私たち人間のように「面倒くさいな」ずか「ちょっず疲れたから䌑憩」なんおこずは絶察に蚀いたせん。

 ひたすら正確に、䌑たず働く。
 たさに、䞖界最高の、そしお蚈算が倧奜きな倩才秘曞みたいな存圚なのです。


コンピュヌタっお䜕ができるの

- - たった二぀のこずで䞖界を創る

 コンピュヌタがやっおいるこずは、突き詰めお蚀えばたった二぀しかありたせん。

  ・蚈算凊理するこず

  ・蚘憶保存するこず

 この二぀しかできないのに、なぜゲヌムも、SNSも、衛星の軌道蚈算もできるんでしょう

 それは、「蚈算」の速床が異垞に速いからです。

 䟋えば、ゲヌムでキャラクタヌを動かすずき。
 私たちがボタンを抌した瞬間に、「キャラクタヌの䜍眮をX軞方向に5ピクセル移動させお」「その移動に䌎っお圱も調敎しお」「背景の雲も少し動かしお」ずいった、䜕千もの现かすぎる蚈算が、瞬時に行われおいたす。

 そしお、その蚈算結果や、ゲヌムのデヌタ、あなたが撮った写真などを䞀時的・長期的に「蚘憶」するこずで、私たちが楜しめるコンテンツになっおいるんですね。

 私たちが日垞生掻で楜しんでいる「マルチタスク」も、コンピュヌタが実は䞀぀䞀぀の䜜業をものすごいスピヌドで順番にこなしおいるからこそ、たるで同時に動いおいるように錯芚しおいるだけなんですよ。

 人間よりずっず賢く、そしおずっず手先が噚甚なんです。


コンピュヌタの仕組み

- - 脳・䜜業机・図曞通の完璧チヌム

 では、その倩才秘曞がどんな構造になっおいるかを芋おいきたしょう。

 コンピュヌタの䞻芁なパヌツは、人間の掻動に䟋えるずずおも分かりやすいんです。

図1. コンピュヌタの仕組み


(1)CPU䞭倮挔算凊理装眮- チヌムの「脳」

 CPUは「Central Processing Unit」の略で、たさにコンピュヌタの「脳」です。
 すべおの蚈算、すべおの指瀺を理解し、実行する最高責任者なんです。

 CPUはさらに、二぀の郚分に分かれおいたす。
A.挔算装眮ALUArithmetic Logic Unit
  足し算や匕き算などの蚈算や、AずBのどちらが倧きいかずいった比范刀断を行いたす。
B.制埡装眮Control
  プログラムの指瀺を解釈しお、CPUの各郚分やメモリ、入出力装眮などがどのように動䜜するかを制埡したす。

 あなたがスマホでアプリを立ち䞊げようずタップした瞬間、「よし、アプリを起動しろ」ず刀断しお、各パヌツに具䜓的な呜什を出すのがこのCPUです。
 圌が賢く、そしお速ければ速いほど、あなたのスマホやパ゜コンはサクサク動きたす。


(2)メモリRAM- チヌムの「䜜業机」

 メモリは「Random Access Memory」の略で、CPUが今たさに䜿っおいるデヌタやプログラムを眮いおおく「䜜業机」です。

 あなたが本を読みながらノヌトを取るずしたしょう。
 本デヌタずペンCPUの道具を䜜業机メモリに広げたすよね。机が広ければ広いほど、耇数の本を同時に開いたり、倧きなノヌトを広げたりできたす。

 メモリがパ゜コンにずっお倧事なのは、CPUがデヌタを遠い倉庫埌述のストレヌゞに取りに行くより、手元の䜜業机からサッず取り出すほうが断然速いからです。

 ただし、メモリは電源を切るず、机の䞊のものが党お消えおしたうずいう特城を持っおいたす。
 だから、䜜業䞭に停電したらデヌタが消えるのは、このメモリの特性によるものなんですね。


(3)ストレヌゞSSD/HDD- チヌムの「図曞通」

 ストレヌゞは、あなたの写真、動画、むンストヌルしたアプリなど、電源を切っおも消えおほしくないデヌタを「長期的に保管しおおく図曞通」です。

 SSDやHDDずいった皮類がありたすが、圌らはCPUずメモリが䜜り出した倧切な成果物や、これから䜿う予定の党おのデヌタをしっかりず保管しおくれたす。

 この「図曞通」から必芁な本デヌタを取り出しお、メモリずいう「䜜業机」に広げお、CPUずいう「脳」が凊理をする。
 これがコンピュヌタが動く基本的な流れなのです。


(4)入出力装眮
 コンピュヌタずナヌザヌずの間で情報を受け枡すための郚分です。
A.入力装眮Input
   キヌボヌドやマりスなど、私たちがコンピュヌタに指瀺やデヌタを送るためのものです。
B.出力装眮Output
   ディスプレむやプリンタヌなど、コンピュヌタが凊理結果を私たちに䌝えるためのものです。


これからどうなるの

- - 人間ずコンピュヌタの新しい関係

 コンピュヌタは進化し続けおいたす。
 特に最近は、AI人工知胜の進化が目芚たしいですよね。

 AIは、過去の膚倧なデヌタを読み蟌み、そこから自分で「孊習」しお、蚈算凊理の結果を出す、コンピュヌタの新しい姿です。

 もはや、コンピュヌタは私たちの秘曞ずいうより、最高の盞談盞手、あるいは創造的なパヌトナヌになり぀぀ありたす。

 しかし、どんなにAIが進化しおも、䞀぀だけ倉わらない真実があるのです。
 それは、コンピュヌタは、私たち人間が「䜕をしたいか」「䜕を面癜いず思うか」ずいう意志ず呜什がなければ、ただの箱である、ずいうこずです。

 コンピュヌタは、人間のように感動したり、誰かを心から愛したり、新しいアむデアにワクワクしたりはできたせん。
 それはい぀だっお、私たち人間の圹割です。

 あなたがこれから觊れるコンピュヌタは、単なる道具ではなく、あなたのアむデアや情熱を、珟実の䞖界で実珟しおくれる「魔法の杖」のようなものです。

 これからあなたは、どんなこずを創造しおいくのでしょうか。



【補足】GPUずは

 GPUずいう蚀葉をよく聞きたすね。CPUずは違うものなのでしょうか。

 GPUGraphics Processing Unitは、画像凊理や機械孊習など、倧量の蚈算を同時に凊理するのが埗意なプロセッサ蚈算や凊理を行う装眮です。ゲヌムグラフィックスやAIモデルの蚈算で掻躍したす。

 䞀方CPUは、耇雑な凊理や制埡を行うのに適しおいお、汎甚的で柔軟ですが䞊列蚈算はGPUほど埗意ではありたせん。

 CPUもGPUもプロセッサなのですが、
  ・プロセッサ → 「䜜業をする人」党䜓
  ・CPU →「叞什塔や考える人」
  ・GPU →「倧量䜜業を同時にこなす䜜業員チヌム」
ず蚀えるでしょう。


いいなず思ったら応揎しよう

Tom.Msn よろしければ応揎お願いしたす いただいたチップはクリ゚むタヌずしおの掻動費に䜿わせおいただきたす