経営情報システム Flashcards
コンピュータの5大装置
入力装置、出力装置、記憶装置、演算装置、制御装置
入力装置は、キーボードやマウスなど、コンピュータにデータやプログラムなどを入力する装置です。
出力装置は、ディスプレイやプリンタなど、コンピュータで処理された結果を表示する装置です。
記憶装置は、データを保存しておくための装置。記憶装置には主記憶装置と補助記憶装置に分けられます。
主記憶装置はメモリと言われるもので、パソコン上で実行するプログラムやデータを一時的に記憶します。
主記憶装置は高速ですが、記憶容量が小さく、電源を切ると記憶した内容が失われてしまうという特徴があります。
補助記憶装置はハードディスクやDVDなどであり、プログラムやデータを保存します。
主記憶装置に比べると低速ですが、記憶容量が大きく、電源を落としても記録したデータを保持できるという特徴があります。
演算装置は、四則演算や比較演算などの演算を行う装置です。
制御装置は、プログラムに従って他の装置に命令を出す装置です。
入力装置から入力されたデータは、記憶装置に保存されます。記憶装置に保存されたデータは、演算装置に転送されて処理されます。
演算結果は再び記憶装置に格納された後、出力装置に送られて表示されます。これらの命令は制御装置が行っています。
CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)
CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)は、コンピュータの頭脳にあたる部分で、記憶装置からプログラムを読み込んで演算処理を行います。
CPU は、一定のリズムで演算を処理しています。1秒間に実行される演算の数のことを、クロック周波数と呼びます。
クロック周波数が大きいほど、CPU は高速に動作します。クロック周波数の単位はヘルツ(Hz)です。
CPU でデータの演算を行うときには、CPU内部でデータを一時的に置いておく場所が必要です。この場所のことをレジスタと呼びます。
レジスタは、CPUの中にある、非常に高速で小さいメモリです。レジスタの容量が大きくなるほど、一度に計算できるデータ量が多くなるため、高速になります。
なお、コンピュータの記憶装置の階層の中で、レジスタはCPUの内部にある最も高速なメモリです。一方、キャッシュ(キャッシュメモリ)はCPUの外部にあり、
CPUと主記憶装置の間の処理を高速にするために存在するメモリです。
ビデオカード
ビデオカードは、グラフィックカードやグラフィックボードとも呼ばれます。
ビデオカードは、ディスプレイに動画などを表示する場合、CPUが画面処理で手一杯にならないように、画面処理を専用で行う装置のことで、CPUをこの処理から解放します。
なお、CADは、Computer Aided Designの略で、コンピュータ支援設計のことです。CADの描画を高速に行うために、ビデオカードが使われることがあります。
ビデオカードには、GPU(Graphics Processing Unit)という画面処理を担当するプロセッサと、VRAM(Video RAM)という画面処理専用のメモリが搭載されています。
GPUの処理速度が高速であるほど、VRAMの容量が大きいほど、ビデオカードの性能は高性能であり、グラフィック出力が高速に行われます。
【参考】
RAM(Random Access Memory)とは、データを自由に読み書きできるが、電源を消すと内容が消えるタイプのメモリのことです。
DRAMは、Dynamic RAMのことで、コンピュータの主記憶装置として用いられます。SRAMは、Static RAMのことで、コンピュータ内部のキャッシュメモリとして用いられます。
なお、ROMとは、Read Only Memoryのことで、電源を消しても内容が消えないタイプのメモリです。ROMは、家電の中でプログラムを格納する用途などに使われています。
記憶装置の階層構造
記憶装置の階層構造は、上からレジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置、ディスクキャッシュ、補助記憶装置の順となっています。
上の方が高速ですが高価という特徴があります。
レジスタは、CPU内で、演算のためにデータを格納しておく場所のことです。
レジスタは記憶装置の中で最も高速であり、その速度は数百ピコ秒から数ナノ秒です。ピコは1兆分の1、ナノは10億分の1の単位です。
キャッシュメモリは、CPUとメモリ(主記憶装置)の間に位置します。
メモリ(主記憶装置)よりも高速であるため、良く使うデータをキャッシュメモリに一時的に置いておくことで、処理を高速化することができます。
メモリより高速なキャッシュメモリを置くことにより、メモリへのアクセスを減らして処理を高速化します。キャッシュメモリの速度は数ナノ秒です。
メモリは主記憶装置とも呼ばれ、プログラムで使われる主要なデータを格納しておく領域です。メモリの速度は数十ナノ秒です。
ディスクキャッシュは、メモリとハードディスクなどの補助記憶装置の間に位置します。ディスクキャッシュは、ハードディスクよりも高速にアクセスできます。
よく使うデータをディスクキャッシュに一時的に置くことにより、ハードディスクへのアクセスを減らして処理を高速化します。ディスクキャッシュの速度は数ミリ秒です。
一番下の階層は、ハードディスクなどの補助記憶装置です。ハードディスクの速度は一般的に数十ミリ秒です。
キャッシュメモリのヒット率
CPUは、データが必要なとき、キャッシュメモリにデータがある場合はこれを使用し、データが無い場合にはメインメモリ(主記憶装置)にデータを取りにいきます。
データがキャッシュメモリで見つかった確率を、キャッシュメモリのヒット率と呼びます。
ここで、キャッシュメモリのヒット率を用いると、CPUがデータにアクセスする平均アクセス時間は、次の式で求められます。
平均アクセス時間 = キャッシュメモリのアクセス時間 × ヒット率 + 主記憶装置のアクセス時間 × (1 - ヒット率)
RAMとROM
メモリには、大きくRAMとROMという種類があります。
RAMは、Random Access Memoryのことであり、データを自由に読み書きできますが、電源を消すと内容が消えるタイプのメモリです。
電源を消すと内容が消えることを揮発性があると言います。RAMは、コンピュータの主記憶装置で使われています。
RAMには、DRAMとSRAMの2種類があります。SRAMの方がDRAMより高速ですが高価です。
そのため、SRAMはキャッシュメモリとして使われ、DRAMは主記憶装置として使われます。
ROMは、Read Only Memoryのことであり、電源を消しても内容が消えないタイプのメモリです。
近年では、フラッシュメモリという書き換えが可能なROMが出てきています。フラッシュメモリは書き換え可能でありながら、電源を落としてもデータは消えません。
メモリの揮発性と不揮発性
メモリの揮発性とは、電源を供給しないと記憶している情報を保持できないということです。
一方で、メモリの不揮発性とは、電源を供給しなくても情報を失わないということです。
PROM、マスクROM、SDRAM、VRAM
EPROMは、Erasable PROMのことであり、データの消去・書き込みを何度でも行えるROMのことです。
なお、単にPROMというと、一度だけデータを書き込めるようにしたROMのことを指す場合があります。
PROM (Programmable ROM)は、ユーザが特殊な装置を用いて一度だけ情報を書き込めるようにした読み出し専用メモリ (ROM)です。
ROM は通常、製造時に情報を記録しますが、PROM は製造時には情報は書き込まれず、ユーザが ROM ライタという装置を使って記録を行います。
一度記録を行うと、通常の ROM と同じように、書き込まれたデータの変更や削除はできないようになっています。
マスクROMは、製造時にデータが書き込まれ、読み込み専用で使用されます。電源を落としても内容は保持されます。もともとROMはこのような性質を持っていますが、
PROMや読み書き可能なROMが出てきたため、それらと区別するためにマスクROMという名称が使われるようになりました。
SDRAMは、Synchronous DRAMのことであり、DRAMの発展系です。
外部バスインターフェースをCPUの一定周期のクロック信号に同期させ、より高速な動作を実現したDRAMです。コンピュータの主記憶装置として利用されます。
VRAMは、Video RAMのことであり、ビデオカードに搭載される専用のRAM。ディスプレイに表示される内容を保持します。ただし、電源を切るとデータは失われます。
仮想記憶装置とスワッピング
仮想記憶装置は、補助記憶装置(ハードディスクなど)を使って、仮想的に主記憶装置(メモリ)を拡張する方法です。仮想メモリとも呼ばれます。
CPUが処理を実行するために必要なプログラムやデータのサイズに対して、メモリのサイズが小さい場合、メモリに乗り切らないデータをハードディスクなどに書き込むことで
処理を実行できるようにします。
仮想記憶領域は、ハードディスクなどの中に設けられますので、メモリにデータが乗り切らずに仮想記憶装置を用いるとき、メモリとハードディスクなどの間での
データのやり取りが発生します。これをスワッピングと言います。
キャッシュメモリは、CPUとメモリの間に位置し、良く使うデータをキャッシュメモリに一時的に置いておくことで、処理を高速化させるものです。
ハードディスクはメモリに比べて速度が遅いため、スワッピングが頻繁に発生すると、ハードディスクへのアクセスが増えるため、コンピュータの処理速度は遅くなります。
物理メモリを追加することによって、メモリ内で保持できるデータやプログラムのサイズが大きくなります。
そのため、メモリに乗り切らないデータなどを仮想記憶領域へ移す頻度が減り、スワッピングは減少します。
入出力装置
デジタイザは、ペン型の装置と板状の装置の組み合わせにより、図形などの入力を行う装置です。小型のものはタブレットと呼ばれます。
デジタイザは、CADによる図面入力などに利用されます。
フラットベッドスキャナは、原稿をガラス台に固定し、下から光を当てて読取装置を動かして読み取るタイプのスキャナです。
機器を手で持ちながら原稿を読み込むタイプのスキャナはハンディスキャナと言います。
レーザープリンタは、レーザー光を使って印刷を行うプリンタです。
レーザー光を利用して、ドラムと呼ばれる感光体にトナーを付着させて、そのドラムを紙に押し付けて印刷を行います。
イメージスキャナは、画像や文書などをデジタル画像として、データ化するための機器です。
dpi
dpiは、dots per inchのことで、1インチの幅の中にどれだけのドットを表現できるかを表します。
プリンタの印字精度はdpiで表されます。dpiの数値が大きいほど、プリンタの解像度が高くなります。
インタフェースの種類
IEEE1394は、マルチメディア機器などを接続するための、高速なインタフェースであり、デジタルビデオカメラを接続する際の標準的な規格となっています。
最大で63台の機器を接続することができます。
Bluetoothは、無線通信の規格であり、電波を使って通信します。パソコンと周辺機器などをケーブルを使わずに接続し、音声やデータをやりとりすることができます。
電波を使って通信するため、障害物があっても、距離が10m程度までであれば通信できます。
ATAは、パソコン本体とハードディスクなどを接続するためのインタフェースの1つであり、アメリカ規格協会(ANSI)によって標準化されました。
DVIは、Digital Visual Interfaceのことであり、映像出力のインタフェースの1つです。パソコン本体と液晶ディスプレイなどを接続するために使われます。
コンピュータから直接デジタル信号を送ることができます。従来の一般的なインタフェースであるVGAでは、アナログ信号に変換してディスプレイに送出していたため、
変換による信号の劣化がありました。DVIを用いると信号の劣化がなくなり、画質が向上します。
インタフェースの機能
インタフェースを大きく分けると、シリアル伝送とパラレル伝送があります。シリアル伝送は、1本の信号線でつなぎ、データを順番に転送します。パラレル伝送は複数の信号線でつなぎ、データを並列に転送します。USB、IEEE1394、IrDA、Bluetoothは、シリアル伝送のインタフェースです。
ホットプラグは、パソコンを再起動しなくても機器の抜き差しができるようになる機能のことです。
プラグアンドプレイは、周辺機器を接続した際に、OSがデバイスを自動的に検知して最適な設定を行う機能のことです。
スプーリングは、スプール処理とも呼ばれ、磁気ディスクなどの補助記憶措置を仮想的な入出力装置とみなして、
CPUから入出力制御を解放して処理効率を高める方法のことです。CPUを効率よく使用できるため、システム全体が処理できる仕事量を向上させることができます。
プリンタで印刷を行う場合、印刷速度はCPUの処理速度よりも遅いため、印字開始から終了までCPUが占有されてしまうと、CPUの待ち時間が多く、他の処理が実行されない
状態になります。そのため、ハードディスクなどに一時的に印刷データを置き、プリンタの印刷の進行状況に応じて、少しずつ処理を行います。これにより、CPUが印刷処理の
待ち状態から解放されて、他の処理を実行することができます。このような処理方法をスプーリングと言います。
インタフェースの機能2
NASは、Network Attached Storageのことであり、LANに直接接続して利用するファイルサーバです。
ネットワークインタフェース、OS、ハードディスクなどが一体化されたものです。
PCIは、Peripheral Component Interconnectのことであり、コンピュータ内部でグラフィックスカードやネットワークカードなどを接続するための代表的なインタフェースです。
e-SATAは、external Serial ATAのことであり、内部接続用のシリアルATAを外付け機器向けに拡張した規格です。e-SATAはシリアルインタフェースになります。
シリアルATAは、パソコンに内蔵されているハードディスクをパソコン本体と接続するための代表的な規格です。また、モデムやマウスの接続には使われません。
ソフトウェアの種類
ソフトウェアは、大きく分けて OS、ミドルウェア、アプリケーションソフトウェアに分類されます。
・OS
OS(Operating System)は、ハードウェアを制御し、基本的な機能を提供するためのソフトウェアです。パソコンでは、WindowsやMac OS、
サーバーでは、UNIXやLINUXなどが代表的なOSです。
・BIOS
BIOS は、最低限の基本的な入出力を行うためのプログラムです。一般的なパソコンでは、BIOS はマザーボード等の ROM に組み込まれて出荷されており、
ハードディスクが壊れても起動するようになっています。
・ミドルウェア
ミドルウェアは、OS とアプリケーションソフトウェアの間に位置するソフトウェアです。
ミドルウェアは、様々なアプリケーションソフトウェアで必要になる共通的なサービスを提供します。データベース管理システムなどがミドルウェアの例です。
・アプリケーションソフトウェア
アプリケーションソフトウェアは、ユーザーが直接利用するソフトウェアで、ある特定の目的のために用いられるソフトウェアです。
表計算ソフト、給与計算ソフトなどがアプリケーションソフトウェアの例です。
・デバイスドライバ
キーボードやプリンタなどの周辺装置を制御し、OS との間で情報をやり取りするのは、デバイスドライバという特別なプログラムです。
・OSS
オープンソースソフトウェア(OSS)は、プログラムのソースコードが公開されているソフトウェアのことです。
近年、OSSは利用が拡大してきており、企業・自治体での採用も進んでいます。
ソフトウェアの分類とそれぞれの機能
ソフトウェアは、大きく分けてオペレーティングシステム、ミドルウェア、アプリケーションソフトウェアなどに分類されます。
・オペレーティングシステムは、ハードウェアを制御し、基本的な機能を提供するためのソフトウェアです。
・ミドルウェアは、オペレーティングシステムとアプリケーションソフトウェアの間に位置するソフトウェアです。
ミドルウェアは、様々なアプリケーションソフトウェアで必要になる、共通的なサービスを提供します。
・アプリケーションソフトウェアは、ユーザが直接利用するソフトウェアであり、目的に応じて様々なものがあります。
その他のソフトウェアとして、デバイスドライバ、インタプリタ、コンパイラなどがあります。
・デバイスドライバは、オペレーティングシステムと周辺装置との間で情報をやり取りするために必要なソフトウェアです。
・インタプリタやコンパイラは、プログラムのソースコードを、コンピュータが実行できる形式に変換しながら実行するソフトウェアです。
インタプリタは、プログラムの実行時に変換を行い、コンパイラは、開発時にまとめて変換を行います。
オペレーティングシステム(OS)
オペレーティングシステム(OS)は、ハードウェアを制御し、基本的な機能を提供するためのソフトウェアです。
OSの機能の1つとして、コンピュータリソースの管理が挙げられます。コンピュータリソースとは、CPUやメモリ、ファイルなどを指します。
複数のアプリケーションソフトを同時に実行する場合には、互いに独立して動作できるようにリソースを管理します。
OSは、ソフトウェアのジョブやタスクを管理する機能、キーボードやプリンタといった周辺装置とのインタフェースの管理機能などを有しています。
OSでは、キーボードやプリンタ、外部記憶装置などの入出力デバイスの管理を行います。なお、これらの入出力デバイスとOSの間で情報をやり取りするには、
デバイスドライバという入出力を制御するためのソフトウェアを使用します。
OSでは、ファイルごとに作成や参照、削除といったアクセスに対する許可情報を設定できます。
このとき、ユーザもしくはグループごとに異なる許可情報を設定することも可能です。なお、この許可情報のことをファイルパーミッションと呼びます。
家電や周辺機器などに内蔵されるOSは、以前はパソコン用のOSとは異なる組込みOSが使用されることが多かったですが、
最近では LinuxやWindowsなどパソコン用OSをベースにしたOSを採用されるケースも増えています。
オープンソースのオペレーティングシステム
オープンソースソフトウェアとは、プログラム自体が公開されているソフトウェアのことです。
オープンソースソフトウェアにはさまざまなものがありますが、オペレーティングシステムのオープンソースソフトウェアもあります。
代表的なものはLinuxであり、UNIXと似ていながら導入コストが安く、企業でも利用されています。
オープンソースソフトウェアは、ソースコードが公開されているソフトウェアのことを指します。
そのため、ユーザーが自由に改変することができます。改変による影響は原則として自己責任となります。
RISCとCISC
RISCとCISCはコンピュータの設計思想(アーキテクチャ)を表します。
RISC(Reduced Instruction Set Computer)とは、単純な最小限の命令を処理する機能のみを有し、その単純な命令を組み合わせて複雑な処理を実現することで、処理速度の向上を目指した設計思想です。
CISC(Complex Instruction Set Computer)とは、複雑な命令を処理する機能を有し、多種多様な処理を一度に実行できることを目指した設計思想です。
RISCとCISCのどちらの設計思想においても、主記憶装置にはDRAMが使用されます。
ECC(Error Check and Correct)
ECC(Error Check and Correct)とは、メモリに誤った値が記録されていることを検出し、正しい値に訂正することができる機能を表します。ECC機能が付いたメモリを一般にECCメモリと呼びます。
ECC による誤り訂正機能がついたRAMを装備することで、コンピュータの信頼性が高くなります。
マスクROM
マスクROMは、ROM(Read Only Memory)の一種で、製造時にデータが書き込まれ、パソコンでは読み込み専用で使用する記憶装置を表します。マスクROMに書き込まれた内容は、パソコンの電源を切っても保持されます。しかし、マスクROMに書きこまれた内容の消去や書き込みはできません。
もともとはROMといえば書き込みができないマスクROMを表していました。しかし、最近では後から情報を書き込めるPROMや、書き換え可能なEPROMなどが増えているため、それらと明示的に区別する必要がある場合に「マスクROM」という用語が使われます。
仮想記憶装置
仮想記憶装置とは、補助記憶装置であるハードディスクを使って、仮想的にメモリを拡張する方法です。物理的なメモリに乗らないデータは、必要に応じてハードディスクに書き込むことで、大きなプログラムを動作させます。仮想記憶領域を大きく取った場合には、頻繁にハードディスクの上にあるデータを読み込むスワッピングが発生します。その結果、処理速度が大幅に低下する場合があります。このような場合は、物理的にメモリを追加することで、スワッピングを減らし、処理を高速化することができます。
仮想記憶装置
仮想記憶装置とは、補助記憶装置であるハードディスクを使って、仮想的にメモリを拡張する方法です。物理的なメモリに乗らないデータは、必要に応じてハードディスクに書き込むことで、大きなプログラムを動作させます。仮想記憶領域を大きく取った場合には、頻繁にハードディスクの上にあるデータを読み込むスワッピングが発生します。その結果、処理速度が大幅に低下する場合があります。このような場合は、物理的にメモリを追加することで、スワッピングを減らし、処理を高速化することができます。
分断化、断片化
分断化(断片化)とは、フラグメンテーション(ファイルの断片化)に関する用語です。フラグメンテーションとは、ハードディスクへのファイルの書き込み・削除を繰り返すことにより、連続した大きな空き領域が次第に少なくなり、新たなファイルが小さな断片に分割されて記録されることを言います。
フラグメンテーションは、デフラグメンテーションによって解消できます。