今日学んだこと：コンピュータ構成要素に関して

概要

今日はコンピュータ構成要素について学んだ。

学んだこと

バスとは、コンピュータ内部でデータやアドレス、制御信号などをやりとりするための通路のこと。

インターフェース（interface）とは、異なる2つ以上のものが相互に情報を交換したり連携したりするための接点や仕組みを指す言葉。入出力装置とCPUは動作速度や信号方式が異なるため、インタフェース制御が必要。

nビットで指定できる範囲は2^n個。 16ビットのアドレスバスでアドレス指定できる最大メモリ容量は 16ビット → 2^16 = 65,536 → 64KB（1KB = 1024バイト）

CPU（Central Processing Unit：中央処理装置）は、命令を解釈して実行する役割を担うコンピュータの中心

制御バスは、CPUが各装置に対して送る制御信号（読み出し・書き込みなど）を伝える。

ライトバック方式では、データの更新はまずキャッシュに行い、主記憶への反映は後から行われる。書き込みの効率がよい反面、整合性管理が必要

クロック周波数は、CPUが1秒間に何回命令を処理できるかを表す指標で、単位はHz（ヘルツ）。・GHz（ギガヘルツ）は10億Hzを表し、より高速な処理が可能。

プロセッサのコア数は、命令を並列に実行できる演算ユニットの数を表す。・デュアルコアは2つ、クアッドコアは4つのコアを持ち、同時に複数の命令を実行できる。

ALU（Arithmetic Logic Unit：算術論理演算装置）は、加減乗除や論理演算を行うCPU内部の装置レジスタは一時記憶に使用される

スループットとは、CPUやシステムが一定時間内に処理できるタスクや命令の総量を指す

主記憶装置は、実行中のプログラムや使用中のデータを一時的に格納する記憶装置

ROM（Read Only Memory）は読み出し専用で、電源を切っても内容が保持される不揮発性の記憶装置。主にファームウェアなどに利用される

DRAMの正式名称は、Dynamic Random Access Memory。DはダイナミックのDで「動的な」という意味の英語が使われている。 SRAMは、Static Random Access Memory。SはスタティックのSで「静的な」という意味の英語。 RAMは電源がないと記憶が飛んでしまう。

DRAMは勝手にデータが消えてしまう DRAMはしっかり電気が通っていたとしてもデータが消えていってしまう。DRAMはコンデンサ（蓄電器）にデータを記憶している。このコンデンサは、電気がたまっているかどうかでデータを記憶していますが、放置しておくと自然に電気が抜けて、データが飛んで（動いて）しまう。データを残しておくために、一定間隔で抜けてしまった電気を再充電（リフレッシュ処理）をしてあげる必要がある。

SRAMは電気が流れていればデータは消えない SRAMはコンデンサでなくて、フリップフロップ回路というものが使用されている。電気は自然と抜けず（動かない（静的）ので）、電源を切らない限りはデータを記憶してくれる。

DRAMは主記憶装置（メモリ）で使用 DRAMは記憶が抜けてしまう欠点がありますが、仕組みが単純で比較的安く作ることができる。また、メモリの大きさに対してデータを記憶できる量が多い（密度が高い）ので、SRAMより多くのデータを処理することができる。こういった理由で「主記憶装置（メインメモリ）」に使用されている。

SRAMはキャッシュメモリで使用逆にSRAMに使われているフリップ・フロップ回路は仕組みが複雑で、大容量に作ることが難しい。データをたくさん処理することはできませんが、読み書きが高速です。主に、CPUの中の「キャッシュメモリ」などに使用される。

フラグレジスタは、演算結果が0であるか、オーバーフローがあったか、キャリービットが発生したかなどの情報を保持する。・これにより条件分岐命令などが適切に動作する。

メモリ階層は一般に、レジスタ > キャッシュ > 主記憶 > 補助記憶（HDDなど）の順でアクセスが速くなる。

レジスタ（Register）は、コンピュータのCPU（中央処理装置）内部にある非常に高速で小容量のメモリ領域。レジスタは、演算やデータ処理を行う際に必要な一時的なデータを格納するために使用される。メインメモリ（RAM）と比較すると、レジスタははるかに高速で、CPUの処理速度を最大限に引き出すために不可欠な存在。

仮想記憶は、補助記憶装置（HDDやSSD）の一部をあたかも主記憶のように利用し、実際の主記憶の容量を超えたプログラム実行を可能にする技術

メモリインターリーブは、複数のバンクに分けて並列にアクセスできるようにすることで、主記憶へのアクセス速度を向上させる技術。

EEPROMの定義と概要 EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）は、不揮発性メモリの一種であり、電気的にデータの書き換えや消去が可能。電源を切ってもデータが消えないため、設定情報や小容量のデータの保存に利用される。現在では、多くのマイクロコントローラや組み込みシステムで使用されている。

BIOSとは？ BIOS（バイオス）とは「Basic Input/Output System」の略で、パソコンの基盤であるマザーボードに搭載され、パソコンの電源が入ってから最初に動き、OSの読み込みや、主にハードウェアを制御するプログラム BIOSはパソコン起動時のハードウェア制御だけでなく起動順位の変更やパスワード設定を行うことができる

参考文献

https://breezegroup.co.jp/202403/dram-sram/