コンピュータの概要

現在のコンピュータは各種の計算が可能であるが，それ以外にもワープロとして文書作成ができたり，静止画や動画を扱ったり，それこそ何でもできる。

しかし，元々，コンピュータ（computer）は，時間のかかる計算を，人手を使わず，かつ正確に短時間で行うために開発された計算専用機械であった。それが，現在のように何でも扱える機械として進化してきたのである。電卓もコンピュータの一種である。どちらかと言うと，電卓と言う場合には，人が計算の順序を指示するのに対し，コンピュータと言う場合には，計算の指示は，事前にメモリーに書き込まれて，それを次々にこなしていくというイメージが強いが，電卓とコンピュータのきちんとした仕切りはない。

**Figure 7.1:** コンピュータの構成の概要（以下，太線はバス，細線に付けられた斜線は複数線を示す）
$\begin{figure}\centering % \unitlength 1pt \begin{picture}(231,140) \put(0,0){\... ...0.4,62.6){\makebox(0,0)[b]{{\footnotesize\mc 装置}}} \end{picture} \end{figure}$

コンピュータはおよそ図 7.1に示すような構成となっている。まず動作を指示する命令やデータを書き込んだ メモリー（memory），これら命令を実行する 中央処理装置（central processing unit）あるいはCPU，キーボード，ディスプレー，ハードディスクなどの各種の 周辺装置（peripheral unit） ^7.1などから構成されている。

これらがデータを送受するためには，バス（bus）^7.2と呼ばれるビット幅の線からなる平行線を利用する。情報を送りたい装置はバスに対して付けられたスイッチをONにして，情報をそこに載せる。情報を受けたい装置は，同様にバスに対して付けられたスイッチをONにして，情報をそこから受け取る。つまり，情報の送受に関わる装置だけがバスに接続して，情報の授受を行うのである。まずは，装置間でデータを授受するための データバス（data bus）が必要である。このバスのビット幅は前章でも述べたように，創成期は4bitであったが，その後，8bit，16bit，32bitと増加しつつある。本書では16bit幅を前提にして議論を行おう。つまり，図 7.1の下方にある太線は16本の平行線である。

計算の元になるデータや，計算の指示を与える命令は，メモリーに置かれる。このメモリーの何番地にアクセスするかを知らせるためのバスも必要である。これを先のデータバスに対し アドレスバス（address bus）と言う。昔のプログラムはデータ幅8bitの256アドレスぐらいの量に書くことができた。このため，アドレスを指定するために必要なビット幅は， 256アドレスに相当する8bitで済んだ。しかし，プログラムの規模が大きくなると，その2乗であるビット幅16bitでかつ約64kアドレス（16bit）が必要となるようになってきた。これより大きなアドレス空間を必要とする場合には， 32bit幅（約4Gアドレス）を使ったり，容量の大きなハードディスク上に記憶し，それを順番に16bitでアドレス表現のできるメモリー（つまり約64kアドレス）に移動してきたりする。本書ではデータ幅もアドレス幅も16bitとして説明を続ける。つまり，図 7.1の上方にある太線も16本の平行線である。

周辺装置は，仮想的にメモリーのアドレス空間の一部に割り当てる場合が多い。例えば，CPUがメモリーだと思って 0xFFF0から0xFFFF番地のいずれかからデータをもらうと，キーボードの文字が読み込まれたりするといった形式である。このため，メモリーと周辺装置は対等の位置に記載している。

現在のコンピュータは，文字や画像を取り扱ったり，種々の判断をするなど，一見，計算機械のようには見えないかもしれないが，その構成要素は最初に作られたコンピュータとほぼ同じである。そこでまず，計算のみを目的としたやや古いタイプのコンピュータの構成について学ぼう。古いとは言っても，現在のコンピュータもほぼ同じような構成で作られている。しかし，本書では，よりコンピュータの全貌がつかめるよう，意識的に，データ幅もアドレス幅も現在としては狭い幅である16bitであるとして説明を試みる。