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Home 概要 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
Ⅲ コンピュータの仕組
コンピュータはどのような仕組で、どのような働きをするのでしょうか。コンピュータ室を見たことがありますか。
コンピュータはさまざまな装置から構成されていることがわかります。
いろいろな機能を組合せることを『システム』といいますが、それがコンピュータなのです。
1 五つの装置と回路 top
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コンピュータはどのような仕組で計算をするのかを考えてみましょう。
コンピュータは単一の機械ではありまません。
つまりタイプライタとか、印刷機、複写機などは、印写、印刷、複写（コピー）などのように、それそれ一つの働きしかしませんが、コンピュータは万能機械といわれるようにいくつかの装置が組合されて、全体で総合された能力を出すのです。 これを、『システム』といっています。
しかし複雑な『コンピュータ・システム』でも、せんじつめるならば、あるデータをあたえ（入力といいます）、そのデータを計算し（演算ともいいます）、結果を取り出す（出力といいます）という、Ａ図のような形をとるのです。
もう少しくわしく説明しますと、Ａ図の計算の部分には、計算のほかにも、データを記憶しておくこと、各部分の仕事を監視すること（制御）などの能力があります。
従ってＢ図のようになります。
制御装置は各装置に命令を発して、装置を働かせたり停止させたりして、全体を管理（コントロール）するわけです。
仮にアチープメント・テストの計算をやるとしましょうか。
あなたの学校の成績が全国平均と較べてどうか、過去の成績とどのようにかわってきたか、科目別にはどうか、こういう問題をコンピュータによって解くとします。
アチーブメント・テストの結果は、先生の手によって集計されます。
学年別、学科別の平均点が、計算されます。
これがコンピュータにいれるデータとなります。
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Ａ図
Ｂ図
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データはパンチ・カード（さん孔カード）にパンチされます。
このカードがカード読取装置によって読みとられて、コンピュータに入力されます。
記憶装置には学年別、科目別の全国平均、過去の成績などのデータが予（あらかじ）め蓄えられています。
入力されたあなたの学校のアチーブメント・テストの結果は、記憶装置のデータとコンピュータの中で突き合せられます。突き合せる、ということは、全国平均値と較べたり、過去の成績との移り変りなどを、計算して答えを出すということです。
印刷装置のようなライン・プリンタという出力装置が、突き合せの結果を、打ちだしてくれます。
出力の形は、命令をあたえることによって、ライン・プリンタによる文字で打ちだすことも、あるいは、グラフや図の形で、テレビの画面のような装置に映すこともできます。
このように、コンピュータは、
①入力装置
②出力装置
③記憶装置
④演算装置
⑤制御装置 |
という五つの機構（装置）からなりたっています。外からみると、記憶、演算、制御の三つの機構はひとまとめになっており、『中央処理装置』とか『セントラル・プロセッサ（CPU
central processor unit）』などとよばれています。
これらの一つがかけても、コンピュータは役にたちません。五つの機構がなかよく働き、五つのうち、どれか一つの具合が悪くても、全体に影響をあたえます。
五つの機構の働きを整理してみましょう。
①まず、処理（計算）すべき順序を示す命令（プログラム）や、データ（計算すべきもとの資料）を、入力装置から読みとります。
②読みとられたデータは、記憶装置に記憶されます。
③データは計算するたびに演算装置にとりだされて、計算されます。
④計算の結果は出力装置から持ち出されます。 |
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コンピュータの出力例、左：プリンタ、右：モニタ
中央処理装置 CPU central processor unit
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コンピュータの内部の回路
配線が多いと高速化できない
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トランジスタとマッチ棒との比較
トランジスタは小さいが、配線が必要
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ＬＳＩ回路は配線が短いので
10億分の1秒のスピードを可能にした
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さて、これらの働きをはたす動力は、もちろん電気です。
コンピュータの内部では、すべてのデータは、言葉や記号にかわって、すべてが『電気信号』にかえられて回路のなかを流れるのです。
コンピュータでは、電子回路が計算を受持ちます。
はじめは真空管を使っていたコンピュータですが、その後の電子工学（エレクトロニクス）の技術が進むにつれて、一九五〇年代のはじめごろからトランジスタを使うようになり、さらに一九六〇年代にはいると、『集積回路（ＩＣ）』が使われるようになりました。
ＩＣは、数平方ミリという、小さな板の上に数十個の部品をまとめた超小型部品ですが、一九七〇年代になると、ＩＣよりさらに小型化された
『ＬＳＩ（大規模集積回路）』が登場してきました。
これは数立方ミリの大きさに数千個の部品をまとめたものです。
このように、コンピュータの最も重要な部品である『回路（コンピュータは、数式を電流にかえて計算しますが、電流の通る道を回路といいます）』は、技術の進歩とともに、だんだん小さくなってきました。
同時にコンピュータそのものも、小型化されてきたことはいうまでもありません。
最近では『ミニ・コンピュータ』といって、机の上におけるくらいの超小型コンピュータもつくられるようになりました。 それも回路をつくる技術がすすんで、より小さな回路でできるようになったからです。
回路が小さくできれば、そこを通る電気の流れる時間も短くなりますから、結局計算時間も短く、つまり計算のスピートを早くすることができるわけです。
回路を流れる信号は、Ｏか１かのいずれかの形、つまり二進法で表わされるのです。
普通、私たちは１から10までの十進法で数を扱うのですが、コンピュータは二進法です。
十進法と二進法とは、右図のようにちがいます。
コンピュータの演算の原理は、すべてこの二進法によるものです。
コンピュータはなぜ、普通私たちの使っている十進法を使わないで、二進法などを使うのでしょうか。
簡単にいえば、二進法は電流を使って計算するコンピュータにとって、非常に都合がよいからです。
コンピュータの扱う情報（データ）は、数字を、Ｏか１かの二つの数字（二進法）で表わすのですから、電流が流れているとき、つまり『プラス』の状態のときを１とし、電流が流れていない状態（マイナス）のときにはＯというように、数字を電気の信号におきかえて、その組合せによって計算することができるわけです。
どんなに複雑な計算や、大量の計算でも、コンピュータの中では、数字は、Ｏか１のどちらかです。
（つまり、数字を電流にかえる場合は、プラスかマイナスかのどちらかです）。
もちろん計算した結果は再び十進法の形にかえられ、だれが見てもわかるようになって、ライン・プリンタによって打ちだされてくるのです。 |
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2 コンピュータの働き top
このようなコンピュータは、どのような働きをもっているのかを説明しましょう。
コンピュータの働きは、大きくわけて次の四つです。
① 判断すること＝コンピュータは、多くのデータのなかから、目的のデータをえらびだしたり、同じ性質のデータを分類したり、あるいは整理することができます。
② 記憶すること＝処理するデータや、計算のやりかた（計算の順序や計算の方法をこまかく命令するプログラム）を覚えておいて、必要なときに取り出すことができます。
③ 正確なこと＝人間は、常に間違いをおこしますが、コンピュータは間違いません。
また、間違えないように確かめることができます。
④ 早いこと＝一秒の一〇〇万分の一、あるいは一秒の一〇億分の一のスピードで、計算することができます。
コンピュータと人間を較べてみましょう。
人間の脳の大きさは普通一・四ニリットル、重さは一二二六キログラム、約百五十億の『記憶素子』 からできています。 また脳の回転速度は、秒速三〇〇メートルだといわれます。
一方、 コンピュータは、人間の脳よりも、 百万倍の速度をもっていますが、記憶素子はせいぜい数千万くらいです。
コンピュータは『人工頭脳』などとよばれることもありますが、人間の脳の働きと較べてすぐれているのでしょうか。
それとも人間のほうがすぐれているのでしょうか。
今のところコンピュータの記憶素子の数は、かぎられていますが、ＬＳＩ（Large Scale Integrated
大規模集積回路）のように、素子の小型化が進めば進むほど、人間の頭脳の素子に近づいてくると考えられます。
人間の頭脳の記憶素子は、一つの細胞が数十種の働きをすることができます。
これにたいしてコンピュータの素子は、いかに厖大な数となったとしても脳の場合のように、細胞同士が結ばれていないのです。
電子回路の素子はただならんでいるだけですから、計算の仕事などでは人間よりはるかにすぐれた才能をしめします。
しかし人間のように知性や感情をもって、ものをつくりだしたり、アイデアを生みだしたりすることはできないのです。
ですからコンピュータは、芸術家にはなれないのです。
物事をつくりだす仕事、つまり創造という仕事は、コンピュータのやることではないのです。
コンピュータが『記憶する』とは、どういうことなのでしょうか。
一般に、コンピュータの記憶する部分を『磁気コア』といいます。
（注＝現在はＬＳＩで作ったフラシュ・メモリが磁器コアに置き換わっている）
コアというのは、直径二～三ミリの小さなドーナツのような形をしています。コアの材料は、フェライトという酸化鉄です。
この小さなコアを、網の目のようにあんだのが『磁気コア記憶装置』の主要な部分なのです。
網のめの、縦と横の線に同時に電流を流します。縦と横の交わるところにコアがあります。
コアは電流を通すと磁力の影響を受けるのです。
このときコアが磁化する方向によって、１またはＯという二種類の情報を記録するのです。
つまり磁化の方向が右まわりのときは１、左まわりのときはＯとするのです。
コンピュータで扱う情報は、二進法の１か、Ｏのどちらかで表現されますから、コアの磁化する方向が、右まわりか、左まわりかで、どんな情報でも記憶することができるのです。 |
磁気コアプレーン
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コンピュータの計算するスピードはどのくらい早いのでしょうか。
初期のコンピュータは、一〇〇○分の一秒（これをミリ・セカンドといいます）が標準的な速度でしたが、現在のコンピュータは、マイクロ・セカンド（一〇〇万分の一秒）からナノ・セカンド（一〇億分の一秒）へと発展してきました。
そして近い将来にはピコ・セカンドという、ナノ・セカンドの一〇〇〇分の一という驚異のスピードが実現すると思われます。
一〇億分の一秒といっても、ちょっとピンときません。
ある学者か計算したところによりますと、いまかりに、一枚の名刺を印刷するのに四〇ナノ秒かかる印刷機があったとすると、その機械は一秒間に何枚印刷できるか――。
その答えは、『名刺をつみかさねるとエベレスト山の高さになる』ということです。
ナノ秒というのは、全く私たちの想像をこえるスピードなのですが、コンピュータのなかの複雑な配線のなかを通る電気の速度は、一〇ナノ秒で約三メートルだということです。
3 コンピュータは使いよう top
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自動車の運転方法は原則として一つしかない
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コンピュータは使いようでかわる
（データが悪ければ答えも悪い）
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「馬鹿と鋏（はさみ）は使いよう）といいます。
コンピュータも使い方しだいで馬鹿にもなり、『電脳』といわれるくらい役にたたせることもできる不思議な機械です。
自動車は運転の方法を覚えれば、あとはだれが運転しても同じです。
運転の方法は原則として一つしかありません。
カラー・テレビジョンも、機構的には白黒テレビより複雑ですが、スイッチをいれチャンネルを希望のところへまわせば、誰でも同じように、画面を楽しむことができます。
ところがコンピュータは、スイッチさえいれれば動くというものではないのです。
どのように使うかは、全く使う側の人間にまかされているのです。
コンピュータの専門家は、ＧＩＧＯ（英語のガベージ（くず）・イン・ガページ・アウトの頭文字）ということをいいます。
これは『がらくたを入れたらがらくたが出てくる』というような意味です。
コンピュータはある意味では、中身のないからっぽの箱なのです。
何かを入れないと、求める答えは出てこないのです。
『何か』、これがデータ（資料）というものです。
『データが悪ければ答えも悪い』というのが、ＧＩＧＯ（ギゴ）の意味です。
悪いデータとは、間違ったデータ、不充分なデータ、片寄ったデータ、古いデータなどです。
データが悪いか良いかは、もっぱらそれを扱う人間にかかってきます。
データを選択するのは人間だからです。
「コンピュータは使いよう」という言葉には、データの問題のほかにもう一つ、ソフトウェアということがあります。
ソフトウェアとは、英語で柔らかい物といったことを意味します。
これにたいして固い物は、ハードウェアです。
コンピュータの場合、あのぐるぐるまわる磁気テープの機械（磁気テープ記憶装置）やテレビのブラウン管スクリーンのような装置（ディスプレー装置）、トランジスタやＩＣ（Inegrated Circuit
集積回路、トランジスタをさらに小さくした電子回路）などはいずれも『固い物（ハードウェア）』とよばれます。
しかしコンピュータは、『中身のないからっぽの箱』ですから、固い物だけでは、いくらスイッチを入れたところで、彼は一体どう動いたらいいのか、自分ではさっぱりわからないのです。
コンピュータが『電脳』として人間の役にたつためには、『柔らかい物（ソフトウェア）』かなくてはならないのです。
ソフトウェアとは、コンピュータを動かすための手順や、問題のときかた、コンピュータの理解できる形の命令などのすべてをふくむもので、コンピュータの目に見えない無形の部分のことです。
手順や解き方、命令などは『プログラム』といい、これをつくることを『プログラミング』といい、つくる人を『プログラマ』といいます。
コンピュータはこのように、ハードウェアとソフトウェアから成り立ち、データを必要とします。
この三つがそろうと、コンピュータは、はじめて動きだします。
ハードウェアももちろん人間が造った物ですが、すぐれたソフトウェア、よいデータはいずれも人間が作るものです。
ですから「コンピュータは使いよう」ということは、実は「人間は使いよう」ということなのです。 |
磁気テープ記憶装置
今は殆んど使われなくなった
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4 コンピュータを動かす人 top
コンピュータ時代の新しい職業として注目されているのがプログラマやシステムズ・エンジニアです。
プログラマとはコンピュータを使うためのプログラムを、組む専門技術を身につけた人のことをいいます。
コンピュータは、機械そのものでは役にたたず、プログラムをはじめとするソフトウェアが備わっていないと、機能を発揮できないことは、前にのべたとおりです。
プログラムは数学の全く不得手な人では困りますが、かならずしも数学の専門家である必要はなく、注意深く我慢づよい人なら、誰でもプログラマとしての素質をもっているといえるでしょう。
プログラムを組むことをプログラミングをするといいますが、プログラミングの仕事で計算する問題を、どのような順序で、どのようにコンピュータにかけたらよいのかを考えます。 |
コンピュータを使う人たち
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予（あらかじ）め決められたコンピュータの理解しやすい言葉で、その順序を書いてコンピュータに教えるわけです。
このようなプログラムの仕事は、コンピュータを使ううえで重要な部分をしめます。
機械の性能がいかにすぐれていても、プログラムが悪ければ、なんにもなりません。
正しい答えを求めることはできないのです。
一方、システムズ・エンジニア（ＳＥといいます）はプログラマとは、少し違った仕事をやります。
たとえば会社の中でコンピュータを使う場合、まず会社の仕事を徹底的に分析して、仕事の流れをじっくりと見直してみます。
もっと改善するところはないか、手間のはぶけるところはないか、時間を短縮するところはないか、そういうことを考えるのがシステムズ・エンジニアです。
ですからシステムズ・エンジニアには、物事を総合的にみつめ、全体との関係で考えることのできる素質が要求されるのです。
また会社の仕事の流れを考えるような場合は、その会社の仕事の性質や特徴ということもよく理解していなければなりません。
従って、システムズ・エンジニアはコンピュータのことだけ知っていても駄目なので、幅の広い知識を身につけることがのぞまれます。
コンピュータがひろまるにつれて、このようなコンピュータの専門家が要求されてきました。
これからは大学だけではなく、高等学校でもコンピュータを理解するのに必要な知識や技術を教えることになるでしょう。
それは一人でも多くの人がコンピュータを理解し、コンピュータを直接にも間接にも使うことができなければならないからです。
コンピュータの知識をもつことは、もう特別なことではないのです。
コンピュータ時代とは社会のすべての人々が、コンピュータについてよく知る時代です。
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