【ハード】コンピューターの構成

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ハードウェアのお話

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#サマリー

少し長いですが、以下の整理で記述します。

#5大装置

みなさんが「パソコン（PC）」を一言で指しているものは
複数の機器から構成されていることはご存知ですか？

私達は、これら全てのハードウェアを総称して「PC」と呼んでいます。
　┗ノートパソコン(ラップトップ)でも、デスクトップでも、同じ構造ですね

「コンピューター」と呼ばれる箱には、CPUおよび記憶装置が組み込まれています。

これらの装置間でのデータ（およびプログラム）の流れは、次のようになります。

#CPU 　→コンピューターの脳みそ、司令塔
・制御装置・・・プログラムの命令を解釈してコンピューター全体の動作を制御する
・演算装置・・・データの演算処理をおこなう

#記憶装置 　→データを記録するところ
　・主記憶装置・・・メモリ と言われる部分。動作するために必要なプログラムやデータを一時的に記憶する装置です。
　・補助記憶装置・・・ハードディスクやUSBなど。メモリから指示を受け、プログラムやデータを長期的に記憶する装置。

#CPUのお話

CPU（Central Processing Unit, 中央処理装置）とは、制御と演算をおこなう装置です。
一度に処理できる性能を「32bit」「64bit」の単位で表し、bit数が大きいほど処理性能も高いです。

#キャッシュメモリ
CPUと主記憶装置(メモリ)の間には「キャッシュメモリ」が存在しています。この2つの違いは、処理速度と必要頻度によって登場シーンが変わります。
　・キャッシュメモリ…記憶容量は小さいが、CPUがアクセスする頻度の高い情報はキャッシュメモリで高速処理をする。
　・主記憶装置…記憶容量が大きく、CPUのアクセス頻度は低いため処理速度は遅い。

#クロック周波数
PCを買おうとしたことがある方なら、聞いたことがありそうな [GHz]（ギガヘルツ）という単位。
みなさんも、以下のようなスペック比較で見たことはありませんか？

クロック周波数で、「1GHz」と言われたら、１秒間に１G（10億）回の振動で信号を送って動作している、という意味になります。
この値が高いほど、ハイスペックなPC＝処理性能が高いPC、ということになります。

#主記憶装置のお話

#RAMとROM
いずれも半導体メモリの話です。本気で理解しようとすると難しいため、別の回で切り出して解説します。

特にROMは、普段PCを使っている人ほど「書いたり消したりできないデータって具体的にはなんだろう？」と思われがちですが
具体的には、パソコンの製造段階で書き込まれた情報を読み出すためのもので、PCを起動させるためのプログラムがROMに書き込まれるため
みなさんが普段PCを使うときにROMを意識することは、ほぼない、とおもってください。

#補助記憶装置のお話

#データのアクセス方法
・シーケンシャルアクセス
　データを先頭から順に読み込む方法 ／ 例：磁気テープ
・【重要】ランダムアクセス
　データの格納順に関係なく、データを任意に読み書きする方法 ／ 例：ハードディスク

#ハードディスクの知識
正式名称が "ハードディスクドライブ" であることから、「HDD」と略されます。
ハードディスクは磁気を利用してデータを読み書きします。容量が大きくデータのアクセス速度が比較的早いため、プログラム等のファイルは通常ハードディスクに保存されます。

HDDの「ディスク」には、データをセクタごとに記録し、複数のセクタが集まって「クラスタ」→「トラック」を構成します。

そして、1つのファイルはHDD上の連続した領域に記憶されていると、磁気ヘッドの移動回数が少なくなるためアクセス時間は短くなります。
ですが、初めは連続した領域に記憶されていても、ファイルの書き込みや消去を繰り返すうちに、データはバラバラに断片化された状態となります。
データの空きはあるのに、虫食い状態で使用出来ない状態です。これをフラグメンテーションといいます。

磁気ヘッドの移動回数が多くなる結果、アクセス速度も遅くなるため、断片化されたファイルを1つの連続した領域に戻す作業をおこないます。これをデフラグ（デフラグメンテーション）といいます。

#RAID
RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）とは
複数台のHDDを組み合わせて仮想的な1台のHDDと見立て、冗長性を向上させる技術のこと。
稼働面での信頼性向上・高速化をはかるために、データを分散したり複製したりします。
RAIDのバージョンは 0,1,5 のこの３つの違いを覚えておきましょう◎

RAID5 の「パリティ」とは、誤り検出符号のこと。
一言でいうと、元データとセットで検算情報を保持する。このとき、元データを検算情報は分散して格納されている。