【基本情報】コンピュータってなにで出来ている？-五大装置を解説

コンピュータの五大装置とは

コンピュータは、制御装置・演算装置・記憶装置・入力装置・出力装置の五つの装置から構成されています。制御装置と演算装置を合わせてCPUと言います。

入力装置と出力装置は分かりやすいですね。
入力装置はマウスやキーボードなど、人間がコンピュータにデータや命令を入力するための装置で、出力装置はディスプレイなど、コンピュータが処理した結果を出力するための装置です。

制御装置・演算装置・記憶装置は人間が触ったり見たりする必要が無いので、筐体と呼ばれる箱に入れて保護されています。

五大装置にはそれぞれ以下の役割があります。

制御装置	記憶装置にある命令を取得・解読し、他の装置に命令を伝達する装置。 その名の通り、他の装置を制御している。
演算装置	記憶装置にあるデータから足し算・引き算などの四則演算や大小比較などの比較演算といった演算を行う装置。計算結果は記憶装置に返す。
記憶装置	データや処理内容であるプログラムを記憶する装置。 記憶装置には主記憶装置と補助記憶装置がある。
入力装置	コンピュータの外部からデータや命令を指示する装置。
出力装置	コンピュータの処理結果を外部に表示・出力する装置。

コンピュータの中では、五大装置が助け合いながらデータを処理していきます。
下の絵はデータと制御の流れをざっくり表したものです。

制御の流れはとてもシンプルで分かりやすいですね。
制御装置が全ての装置を制御しています。制御装置が記憶装置にデータの記録を指示したり、出力装置にデータを出力するように指示します。

データの流れも入力装置と出力装置は分かりやすいですね。
入力装置と出力装置はそれぞれデータの入り口と出口になっています。

②のCPUと記憶装置がデータをやり取りしながら演算を行う手順を命令実行サイクルと言います。命令実行サイクルについて詳しく見てみましょう。

命令実行サイクル

命令実行サイクルの大まかな流れは、下のようになります。

①命令フェッチ（命令取出し）

制御装置の命令アドレスレジスタには、これから実行される命令が、主記憶装置のどのアドレス（場所）に格納されているかの情報を格納します。
命令アドレスレジスタはプログラムカウンタとも呼ばれます。

また、命令レジスタには、主記憶装置から取り出した命令が格納されています。

命令フェッチでは、命令アドレスレジスタに格納されたアドレスを元に、主記憶装置から命令を取り出して、命令レジスタに格納します。

命令は命令部とアドレス部で構成されています。
命令部は四則演算や比較演算など実行する演算を指示して、
アドレス部は処理対象のデータが主記憶装置のどこに格納されているかを指示します。
アドレス部はオペランド部とも言います。

②命令の解読

命令の解読では、制御装置の解読器が命令部の演算内容を解読し、演算装置に指示します。
解読器はデコーダとも言います。

③実行アドレス計算

制御装置のアドレスレジスタには、演算するのに必要なデータが格納されている主記憶装置のアドレスや演算結果を格納する演算装置のアドレスの情報を格納します。

実行アドレス計算では、命令のアドレス部をアドレスレジスタに送り、アドレスレジスタが主記憶装置に、演算に必要なデータの格納場所や演算結果を格納する場所を指示します。

④オペランド読出し

オペランド読出しでは、演算に必要なデータを演算装置に送ります。

⑤命令の実行

演算装置が演算を実行します。

⑥演算結果格納

計算結果を主記憶装置に格納します。

基本情報技術者試験での出題例

平成30年度春期問9