開発01　PCの概要

1.PCの構造と動作原理

PC(Personal Computer)はハードウェア、ソフトウェアの２つによって構成されています。簡単に言えば、物理的に実体があるものはハードウェア、ないものはソフトウェアです。

1-1．ハードウェア

ハードウェアは入力、演算・制御、出力、記憶の４つの装置によって構成されています（図1）。

図1：ハードウェアの分類

①入力装置

入力装置はPCにデータを入れる装置です。具体的にはキーボード、マウス、マイク等です。

②演算・制御装置

演算、制御装置はデータを加工する装置です。その中で一番重要な役割をしているものをCPU(Central Processing Unit)と言います。CPUはコンピュータの核とも言える存在で、入力、記憶装置から得たデータを計算、加工して出力、記憶装置に送り出します。

③出力装置

出力装置はパソコンの中のデータを外部に出す装置です。具体的には、モニター、スピーカー、プリンター等です。

④記憶装置

記憶装置はデータを保存しておく装置です。記憶装置には内部記憶装置と外部記憶装置があります。

内部記憶装置

メモリともよばれ、RAM(Random Access Memory)はその代表です。RAMは電源が消えるとデータが消えてしまいますが、CPUから直接読み書きができ、何回でも書き換えが出来る上、処理も高速です。RAMのほかにROM(Read Only Memory)があります。ROMは読み込み可、書き込み不可のメモリで、PC起動時に不可欠なBIOSが記憶されています。

外部記憶装置

内部記憶装置に比べ動作は遅いですが、保存できる容量が大きく、電源を消してもデータは消えません。ほとんどのパソコンには最初からハードディスクと呼ばれる外部記憶装置があります。この他にもフロッピーやCD-R等は外部記憶装置にあたります。

⑤ハードウェアの相互関係

これらの装置の相互関係を図2に示します。 図２の矢印はデータの流れを表しています。

1-2.ソフトウェア

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(OS)とアプリケーションの２つがあります。

①オペレーティングシステム(OS)

OSはキーボード入力、画面出力、メモリの管理等、基本的な機能を提供しています。OSが存在することで他のアプリケーション等を問題なく使えるようになり、コンピュータシステム全体を管理しています。主なものはWindows, Unix, Mac OSです。

②アプリケーション

アプリケーションは、ワード、インターネットブラウザー、ゲームなど実際にユーザー使うプログラムのことを指しています。

1-3.ハードウェアとソフトウェア

ハードウェアとソフトウェアの関係は水槽、水、魚の関係に似ています（図３）。水槽はハードウェア、水はOS、そして魚はアプリケーションです。水槽という容器があり、その中で魚を飼うとすると水が必要です。同様に、ハードウェア（PC）でアプリケーションを動かそうとするには、OSが必要となります。

図3：OSとアプリケーションの関係イメージ図

 

2.PCの周辺機器

PCの主な周辺機器はモニター、キーボード、マウス、スピーカー、プリンターです。

2-1.モニター

モニターは出力装置でD-subやHDMI、DVIで接続されています。これらは周辺機器とコンピュータをつなぐ伝送路です。以前はこれらに加えBNCも使用されていました。

2-2.キーボード

キーボードは入力装置でPS/2またはUSBで接続されています。PS/2(Personal System/2)はキーボードとマウスのために作られたデータ伝送路で接続口は6つのピンがあります。USB(Universal Serial Bus)もまた周辺機器とパソコンをつなげるデータ伝送路で、最近はUSBでつながる周辺機器が増えています。最近ではワイヤレスで使用できるBluetooth®のキーボードも出てきました。

※Bluetooth® ワードマークおよびロゴは登録商標であり、Bluetooth SIG, Inc. が所有権を有します。

2-3.マウス

マウスは入力装置でキーボードと同じで、PS/2、USBまたはBluetooth®で接続されています。
※Bluetooth® ワードマークおよびロゴは登録商標であり、Bluetooth SIG, Inc. が所有権を有します。

 

2-4.スピーカー

スピーカーは出力装置でスピーカー端子またはUSBで接続されています。

2-5.プリンター

プリンターは出力装置でパラレルポート、USBまたはLANで接続されています。パラレルポートは複数の信号線が走っており、複数のビットを平行して送るデータ伝送路です。LAN(Local Area Network)は有線/無線のデータ伝送路です。

3.プログラミング言語

PCソフトウェアはプログラミング言語によって書かれています。プログラミング言語は多数あり、より人の言語に近いものを高水準言語、よりコンピュータの言語に近いものを低水準言語と言います。有名な高水準言語でＣ言語、Java，VBがありこれらの言語について簡単に説明をします。

3-1.Ｃ言語

Ｃ言語は現在も広く使われている主要なプログラミング言語の一つです。Ｃ言語は高水準言語と低水準言語、両方の要素をあわせもつため、アプリケーション開発にもシステム開発にも対応できます。演算子、データ型、制御構造の数が豊富で、構造化プログラミングに向いています。もともとシステムの記述用に開発されたので、ハードウェア寄りの低水準な処理を行うこともできます。Ｃ言語にオブジェクト指向を加えたものをＣ++言語といいます。

3-2.Java

Javaはネットワークで利用することを強く視野に入れて開発された、完全なオブジェクト指向の言語です。Javaは、Windowsで作ったプログラムをMacintoshで動かせるといったように、プラットフォームを選びません。その反面、プラットフォーム独自の機能を利用できないので、システム開発には向いていません。他の言語に比べて動作が遅いという点もあります。

3-3.PHP(Hypertxt Preprocesser)

PHPは最近人気のあるプログラミング言語の一つです。動的なWebページの作成に利用することを目的としているため、Webアプリケーション（特にサーバーサイド）に特化しています。文法が簡単な為、初心者でも利用し易く、大規模な開発にも多く使用されています。

 

4.デバイスドライバ

デバイスドライバはOSと周辺機器の橋渡しの役割をするソフトウェアです。しばしばドライバと略されます。デバイス ドライバの役割は、タクシーのドライバに似ています。タクシーでは客が行き先を告げ、言われた通りにドライバが車を動かし目的地に向かいます。ＰＣでは、 アプリケーションが指示を与え、それに従ってデバイスドライバがデバイスを動かします(図５)。

図5：アプリケーションとデバイスドライバの関係イメージ図

 

例えば、新しくデジタルカメラを買って、撮った写真をパソコンに入れ込もうとしたとします。USBを使ってパソコンに接続してもそのままでは使えません。購入時に付属されているCD-ROMを使ってパソコンがカメラの画像を取り込める状態にするソフトウェアをインストールする必要 があります。この時、アプリケーションと共にドライバがインストールされます。デジタルカメラと直接やり取りを行うのはドライバの役割となります。周辺機 器の仕様は製品によって違うので、製造者はデバイスドライバを開発し、ユーザーに提供します。デバイスドライバがあってはじめて周辺機器が使えるようにな ります。また、ドライバは使用するOSごとに用意をする必要があります。