コンピュータが動く仕組み

CPUは、プログラムの命令を読み出し、命令の内容を解釈し、演算やデータ移動などを実行します。一般に制御装置、演算装置、レジスタなどから構成されます。

レジスタはCPU内部にある非常に高速な記憶領域で、現在処理している値や命令に関する情報などを一時的に保持します。

クロック周波数はCPU内部の動作タイミングを示す代表的な指標ですが、CPU性能はクロック周波数だけでは決まりません。1クロック当たりに進められる処理量、コア数、キャッシュ、命令セット、メモリ性能なども影響します。

CPUに近い記憶ほど高速ですが、一般に容量当たりのコストが高く、容量は小さくなります。そのため、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶、SSDやHDDなどを階層的に使います。

キャッシュメモリは、CPUが近いうちに再び使いそうな命令やデータを保持し、主記憶へのアクセス回数や待ち時間を減らします。

主記憶には実行中のプログラムや処理中のデータが置かれます。一般的なRAMは電源を切ると内容が失われる揮発性メモリです。

SSDやHDDなどの補助記憶は、主記憶より低速ですが大容量で、電源を切ってもデータを保持できます。

OSは、CPU、メモリ、ファイル、入出力装置などのコンピュータ資源を管理し、アプリケーションがそれらを利用できるようにします。

複数のプログラムが同時に動くとき、OSはCPU時間を割り当てたり、各プロセスへメモリを割り当てたりします。

ファイルシステムは、補助記憶上のデータをファイルやディレクトリとして管理する仕組みです。デバイスドライバは、OSが特定のハードウェアを操作するためのソフトウェアです。