私たちの身の回りには、パソコンだけでなく、スマートフォン、家電、自動車など、多くのコンピュータが使われています。
これらの機器は、単に計算するだけではなく、外部から情報を受け取り、演算し、結果を出力するはたらきをしています。
情報Ⅰでは、このようなコンピュータの基本的な構成や、ハードウェアとソフトウェアの役割、さらに身近な機器に組み込まれたセンサについて学びます。
この記事では、コンピュータの構成を、定義、原理、具体例、注意点の順に整理して説明します。
コンピュータの基本構成
コンピュータとは何か
コンピュータとは、入力されたデータを演算し、その結果を出力する装置です。
また、必要なデータや演算結果を保存するための記憶の機能ももっています。
このように、コンピュータは主に、入力、演算、出力、記憶の機能で構成されていると考えられます。
これまでに、コンピュータで使用されるデータは、2進数で表されていることを学びました。
従って、コンピュータは、0と1の数値を記憶、演算、入出力する機能を備えた装置といえます。
入力、演算、出力、記憶の基本
入力とは、外部からデータや命令を受け取ることです。
演算とは、受け取ったデータに対して計算や比較、判断などを行うことです。
出力とは、演算した結果を画面表示、音、印刷などの形で表すことです。
記憶とは、データやプログラムを保存しておくことです。
この流れをまとめると、コンピュータは、入力された情報を演算し、その結果を出力し、必要に応じて記憶する仕組みで動いています。
ハードウェアとソフトウェアの関係
コンピュータを動かすには、機械としての部分と、動作の手順を指示する部分の両方が必要です。
機械としての部分をハードウェアといいます。ハードウェアは、人が物理的に触ることができるものです。
動作の手順や命令をまとめたものをソフトウェアといいます。ソフトウェアは、コンピュータの無形要素です。
ハードウェアだけでは、何をすればよいか分かりません。
一方で、ソフトウェアだけでは、実際に演算や制御を行うことはできません。
そのため、コンピュータは、ハードウェアとソフトウェアが協力することで動作します。
ハードウェア
本体を構成する主な装置
ハードウェアとは、手で触れることができる機器や装置のことです。
たとえば、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンタ、コンピュータ本体内部の装置などがハードウェアにあたります。
コンピュータ本体の内部には、中央処理装置、主記憶装置、補助記憶装置などがあります。これらの部品を収容している箱を筐体といいます。
中央処理装置は、各種の演算や制御を行う装置です。
主記憶装置は、演算中のデータやプログラムを一時的に記憶する装置です。
補助記憶装置は、データやプログラムを長期間保存する装置です。
入力装置、出力装置、記憶装置
入力装置は、コンピュータにデータや命令を与える装置です。
例として、キーボード、マウス、マイク（マイクロホン）、カメラ、タッチパネルなどがあります。
出力装置は、演算結果を利用者に伝える装置です。
例として、ディスプレイ、スピーカ、プリンタなどがあります。
記憶装置は、データやプログラムを保存する装置です。
主記憶装置は演算中の情報を一時的に保存し、補助記憶装置は電源を切っても内容を保存できるものが多いです。
身近なハードウェアの例
ノートパソコンでは、キーボードが入力装置、画面が出力装置、内部の記憶装置が保存の役割をもっています。
ゲーム機では、コントローラが入力装置、テレビや本体の画面が出力装置になります。
スマートフォンでは、タッチパネル、カメラ、マイク、スピーカなど、複数の装置が一体化されています。
注意点
ハードウェアは目に見えやすいため、コンピュータそのものだと考えがちです。
しかし、ハードウェアだけでは動作せず、ソフトウェアと組み合わさってはじめて機能します。
また、装置の名前だけを覚えるのではなく、入力、演算、出力、記憶のどの役割を担っているかを整理することが大切です。
ソフトウェア
ソフトウェアの役割
ソフトウェアとは、コンピュータにどのような動作を行わせるかを指示するものです。
コンピュータは、ソフトウェアの指示にしたがって、入力されたデータを演算し、必要な結果を出力します。
同じハードウェアであっても、使うソフトウェアによって、できることが変わります。
ハードウェアとソフトウェアの協働
利用者が機器を操作すると、その情報が入力され、ソフトウェアの指示にしたがってコンピュータが演算を行います。
そして、その結果が画面表示や音などとして出力されます。
このように、実際の利用場面では、ハードウェアとソフトウェアは常に連携しています。
注意点
ソフトウェアは目に見えにくいため、存在を意識しにくいです。
しかし、コンピュータの動作はソフトウェアの指示によって成り立っています。
ここでは細かな種類まで覚えるよりも、ハードウェアに命令を与え、コンピュータの動作を支えるものだと大きく捉えることが重要です。
電気機器に組み込まれるセンサとコンピュータ
センサとは何か
センサとは、温度、明るさ、動き、音、位置など、周囲の状態をとらえる装置です。
人間でいえば、目や耳、皮膚のようなはたらきを機械に持たせるものと考えることができます。
ただし、センサは人間の感覚そのものではなく、物理的な変化を電気的な信号として取り出す装置です。
センサが集めた情報をコンピュータが演算する仕組み
センサは、周囲の変化を検知してデータとして取り出します。
コンピュータは、そのデータを受け取り、条件に応じて演算を行います。
その結果として、表示を変えたり、音を出したり、機械を動かしたりします。
つまり、センサは入力の役割を担い、コンピュータがその情報を演算し、必要な出力を行っているのです。
家電、自動車、身近な機器の例
エアコンには温度センサが使われています。
室温を測定し、その値に応じて冷房や暖房の強さを調整します。
自動ドアには、人や物の接近を検知するセンサが使われています。
センサが反応すると、コンピュータが判断してドアを開きます。
自動車には、多くのセンサが搭載されています。
速度、周囲との距離、ハンドルの角度などを検知し、安全運転の支援に利用されています。
洗濯機では、水位や回転の状態を検知し、適切な洗い方を制御しています。
家電や自動車などに内蔵されている機器を制御するためのソフトウェアを組み込み系ソフトウェアといいます。
注意点
センサがあるだけでは、便利な機器にはなりません。
センサが集めたデータを、どのように演算し、どのように出力につなげるかが重要です。
また、センサの値には誤差が生じることもあります。
そのため、機器の動作は、常に完全ではなく、条件や環境の影響を受けることも理解しておく必要があります。
スマートフォンのセンサ
スマートフォンに使われる主なセンサ
スマートフォンには、多くのセンサが組み込まれています。
代表的なものとして、加速度センサ、ジャイロセンサ、照度センサ、近接センサ、位置情報に関わる機能などがあります。
これらのセンサは、スマートフォンの向きや動き、周囲の明るさ、顔との距離、現在地などを知るために利用されています。
センサの計測対象と活用される機能
| センサ | 計測対象 | スマートフォンに使用されている機能 |
|---|---|---|
| 加速度センサ | 動き、傾き、加速度 | 画面の縦向き、横向きの切り替え、歩数計 |
| ジャイロセンサ | 回転の向き、角度の変化 | ゲーム操作、動画や地図の向きの調整 |
| 照度センサ | 周囲の明るさ | 画面の明るさの自動調整 |
| 近接センサ | 顔や物体との距離 | 通話中に画面を自動で消す機能 |
| 位置情報に関わる機能 | 現在地や移動位置 | 地図アプリ、経路案内、位置情報サービス |
利便性と注意点
スマートフォンのセンサは、利用者にとって便利な機能を実現しています。
一方で、位置情報や行動に関わるデータは、利用のされ方に注意が必要です。
アプリによっては、位置情報、カメラ、マイクなどへのアクセスを求めることがあります。
そのため、どの情報が取得されるのかを確認し、必要に応じて設定を見直すことが大切です。
また、センサによる判定は便利ですが、誤作動が起こる場合もあります。
便利さだけでなく、仕組みと限界の両方を理解することが重要です。
確認問題
【問題1】コンピュータの基本的な4つの機能を答えなさい。
【問題2】コンピュータで使用されるデータは、主に何進数で表されるか。
【問題3】ハードウェアとは何か。
【問題4】次のうち、入力装置をすべて選べ。
ア：キーボード イ：マウス ウ：ディスプレイ エ：プリンタ オ：マイク
答え：【問題1】入力、演算、出力、記憶 【問題2】2進数 【問題3】人が物理的に触ることができる機器や装置のこと。 【問題4】ア、イ、オ
まとめ
コンピュータは、入力、演算、出力、記憶という基本的なはたらきによって成り立っています。
その仕組みを支える機械の部分がハードウェアであり、動作を指示する部分がソフトウェアです。
さらに、身の回りの電気機器では、センサが周囲の情報を取り込み、コンピュータがそれを演算することで便利な機能が実現されています。
特にスマートフォンは、多くのセンサを組み合わせた身近なコンピュータの例です。
用語をばらばらに覚えるのではなく、どの装置が入力にあたるのか、何が演算を行うのか、どのような出力につながるのかを流れで理解することが、情報Ⅰの学習では大切です。