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Circuit

Overview​

circuit = 電子回路についてのセクション。

CPUはコンピューター回路の中でも最も重要な部分だが、コンピューター全体には他にも多くの回路が存在する。
CPU自体も回路の集合体ですが、コンピューターにはそれを補助するための、メモリ制御、データ転送、電源管理などの回路も備わっている。

コンピューターの中身​

コンピューターの内部は、複雑な論理回路の組み合わせによって構成されています。
論理回路とは、電気信号の流れを制御する電子部品や配線のネットワークを、数学的・論理的に表現したもの。
これにより、コンピューターは「1」と「0」というデジタル信号（ビット）を処理し、計算やデータの操作をする。

ハードウェアの具体的な役割​

  • CPU（中央処理装置）
    • コンピューターの「頭脳」とも言える部分で、命令し、プログラムの計算や制御する。
  • メモリ
    • データやプログラムの一時的な保存領域として機能し、CPUと協力してデータの高速な読み書きをする。
  • マザーボード
    • コンピューターの全体を接続する基盤であり、CPUやメモリ、各種デバイスを繋ぎ、データのやり取りを制御する。
  • 電源回路
    • コンピューターに適切な電力を供給し、すべてのコンポーネントが安定して動作するようにする。

論理回路とは​

論理回路は、電気的な回路を抽象化した概念であり、実際のハードウェアで動作する仕組みを論理的に説明するもの。
例えば、AND回路、OR回路、NOT回路などの基本的な論理演算する回路がある。
これらの組み合わせによって、コンピューターは計算やデータの転送、判断できる。

tip

論理回路のことを知るためには、論理演算をまずは知らなければいけない。
論理演算というのは、「AND」「OR」「NOT」に代表される真偽値を用いた演算のこと。

記憶装置のアクセス速度順（高速 → 低速）​

順位記憶装置特徴
1レジスタCPU内部の超高速な記憶装置（ごく少量）
2キャッシュメモリCPUと主記憶の間にある高速メモリ（L1〜L3）
3主記憶（RAM）OS・アプリの作業領域、容量は大きめ
4ディスクキャッシュストレージとの間の読み書き高速化バッファ
5SSD / HDD長期保存用。SSDはHDDより高速
6磁気テープ超大容量・超低速。バックアップやアーカイブ用

CPUキャッシュメモリの階層（L1 → L3）​

キャッシュメモリ＝コンビニ
L1＝部屋の冷蔵庫（すぐ取れるけど少ない）
L2＝近所のコンビニ（ちょっと遠いけどそこそこ揃ってる）
RAM＝スーパー（遠いけど全部ある）

種類場所容量速度説明
L1キャッシュ各CPUコア内数十KB非常に高速最も速いが容量が小さい
L2キャッシュ各CPUコア内 or 共有数百KB〜数MBL1より遅いが容量多いL1の次にアクセスされる
L3キャッシュCPU全体で共有数MB〜数十MBL2より遅いコア間のデータ共有にも使われる
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