コンピュータの構成と動作｜五大装置・CPUの仕組み・記憶装置の違い

公開 2026年11月8日

スマートフォンもパソコンも、中身の基本的な仕組みは同じです。この記事では、コンピュータを構成する装置の役割と、プログラムが実行される流れを整理します。共通テストでは、装置の役割を問う知識問題や、クロック周波数などを使った簡単な計算が出ます。

コンピュータの五大装置

コンピュータは、役割の違う5つの装置からできています。

演算装置と制御装置をまとめたものが**CPU**（中央処理装置）です。データは「入力 → 記憶 → 演算 → 記憶 → 出力」と流れ、制御装置がその全体を指揮します。

プログラムは、CPUが理解できる機械語の命令の並びとして主記憶装置に置かれています。CPUは、次の3つの段階を繰り返して命令を一つずつ実行します。

段階	すること
① 命令の取り出し（フェッチ）	主記憶装置から、次に実行する命令を読み込む
② 命令の解読（デコード）	制御装置が、命令の内容を解読する
③ 命令の実行	演算装置が計算などを行い、結果をレジスタや主記憶装置に書き込む

CPUの中には、計算中のデータや次の命令の場所を一時的に記憶する、非常に高速で小さな記憶装置レジスタがあります。次に実行する命令の場所（番地）を記憶するレジスタをプログラムカウンタといいます。

CPUは、クロックという一定の周期の信号に合わせて動作します。1秒間のクロックの回数をクロック周波数といい、単位はHz（ヘルツ）です。

例：クロック周波数 2GHz のCPUが、1つの命令を4クロックで実行するとき、1秒間に実行できる命令の数は

2 × 10⁹ ÷ 4 = 5 × 10⁸ ＝ 5億命令

クロック周波数が高いほど処理は速くなりますが、CPUの性能はほかに、1クロックで処理できる命令の数や、コア（命令を処理する中核部分）の数でも決まります。

アプリを起動すると、補助記憶装置に保存されているプログラムが主記憶装置に読み込まれ、CPUはそこから命令を取り出して実行します。2026年の本試験第1問問1 では、「補助記憶装置は主記憶装置より低速で、容量が大きく、長期的な保存に使う」ことが問われました（用語「主記憶装置と補助記憶装置」）。

記憶装置	速さ	容量	価格（容量あたり）
レジスタ	最も速い	最も小さい	最も高い
キャッシュメモリ	↑	↓	↑
主記憶装置（メモリ）	↑	↓	↑
補助記憶装置（SSD、HDD）	最も遅い	最も大きい	最も安い

キャッシュメモリは、CPUと主記憶装置の速さの差を埋めるための記憶装置です。よく使うデータをキャッシュメモリに置いておくことで、遅い主記憶装置を読みに行く回数を減らします。

種類	役割	例
OS（オペレーティングシステム）	ハードウェアを管理し、アプリケーションが動く土台を提供する	Windows、macOS、iOS、Android、Linux
アプリケーションソフトウェア	特定の目的のための処理を行う	ブラウザ、文書作成ソフト、ゲーム

OSは、主記憶装置の割り当て、ファイルの管理、入出力装置の制御、複数のアプリの同時実行の管理などを行います。アプリケーションはOSの機能を通してハードウェアを使うので、機種が違ってもOSが同じなら同じアプリが動きます。

コンピュータは、決められたビット数で数を表すので、表せる範囲や精度に限りがあります。

オーバーフロー：計算結果が、表せる範囲を超えること
丸め誤差：0.1 のように2進数で正確に表せない小数を、途中で打ち切ることで生じる誤差。0.1 を10回足しても、ちょうど 1 にならないことがあります