無住心言術道場第83回「コンピュータのしくみの全体像の見方としての理解しやすい説明(ハードウェア編)」2026年も、無住心剣術の精神で、 病気の状態ですが、針屋忠道、恐れず、怯まず、突貫します。
1、では、まず、生成AIのChatGPTさんが校正と書き直しをしてくれた、判りやすいバージョンを掲載します。
「
はじめに ― なぜコンピュータは難しく感じるのか
コンピュータ科学やITの勉強を始めようとしたとき、
「専門用語が多くて分からない」
「途中で何を言っているのか分からなくなった」
と感じたことはないでしょうか。
これは、あなたの理解力が足りないからではありません。
コンピュータの内部がどのように動いているのかが見えにくいことが、多くの人を不安にさせているのです。
この文章では、そうした「ビビリ」や苦手意識を減らすことを目的として、
コンピュータの仕組みを、できるだけ単純なところから説明していきます。
1.すべてのコンピュータは「0と1」からできている
私たちが使っているパソコン、スマートフォン、そしてデータセンターの巨大なサーバーまで、
すべてのコンピュータは「0と1」の組み合わせで動いています。
この0と1は、とても単純に言えば、
スイッチが「入っているか」「切れているか」
という違いにすぎません。
想像しにくいかもしれませんが、あなたの手元のスマートフォンの中には、
気が遠くなるほど大量の0と1のスイッチが詰まっています。
2.0と1で数を扱う ― 2進数とビット
コンピュータは、0と1だけを使って数を表します。
これを 2進数 と呼びます。
0と1の1つ分の情報を 1ビット と言い、
8ビットをまとめたものを 1バイト と呼びます。
たとえば「64ビットCPU」とは、
一度に64ビット分の情報を扱える仕組みを持ったCPUのことです。
これもすべて、0と1の組み合わせで表現されています。
3.半導体とは何か ― CPU・GPU・メモリの正体
0と1のスイッチを非常に大量に集めて作られたものを、
半導体と呼びます。
代表的なものには、次のような部品があります。
- CPU:計算や判断を行う
- GPU:大量の計算を同時に処理する
- メモリ:一時的に情報を記憶する
- SSD:データを長く保存する
これらは見た目も役割も違いますが、
内部ではすべて0と1の組み合わせで動いているという点で共通しています。
4.なぜ0と1だけで計算や記憶ができるのか
「0と1だけで、どうして計算ができるのか」
と不思議に思うかもしれません。
その理由は、論理回路と呼ばれる仕組みにあります。
論理回路では、
- AND(両方が1なら1)
- OR(どちらかが1なら1)
- NOT(0と1を反転)
- NAND、NOR、XOR
といった単純なルールを、0と1のスイッチの組み合わせで作ります。
これらを大量に組み合わせることで、
CPUやGPUは複雑な計算を行い、
メモリやSSDは情報を保存できるのです。
5.命令とプログラム ― 人間の言葉に近づくまで
CPUは、命令と呼ばれる非常に単純な指示を順番に実行します。
この命令は、もともとは0と1の並び(機械語)ですが、
人間が読みやすい形にしたものを アセンブリ言語 と呼びます。
さらにその上に、
といった、人間が理解しやすい高水準言語があります。
私たちが書くプログラムは、
最終的にはすべて 0と1の命令に変換されて実行されています。
6.生成AIとGPU ― 最近話題の計算の正体
最近よく耳にする生成AIでは、
非常に大量の計算が必要になります。
そのため、GPUやTPU、NPUといった、
計算を専門に行う半導体が重要視されています。
難しそうに聞こえる「浮動小数点演算」も、
本質的には
たくさんの数値を高速に計算する工夫だと考えれば十分です。
ここでも、基礎にあるのは0と1の組み合わせです。
おわりに ― 「分からない」は普通のこと
コンピュータが難しく感じられる原因の一つは、
内部で何が起きているのかが見えにくいことにあります。
しかし、どんなに複雑に見えるコンピュータも、
一番下までたどれば、
0と1のスイッチの組み合わせに還元できます。
この文章が、
「自分には無理かもしれない」という不安を少しでも減らし、
生成AIと共に生きる現代社会を理解するための一助となれば、
それ以上の役割はありません。
では、今日はこのあたりで筆を置くことにしましょう。(生成AIのChatGPTさんが校正と書き直しを受けているバージョン)
2、私が書いた原文の文章
「
まず、ビビりを取り払いましょう。
コンピュータの仕組みと聞いて、自分には判らないとビビる人達に朗報です。なぜ、コンピュータの仕組みと聞いてビビりが入るのか。
このビビりが入る状態は、情報の非対称性です。コンピュータに詳しい人たちと話すと、コンピュータの専門用語が沢山出てきて、理解できないと頭がパンクして結果的にビビることを経験した人たちが多いはずです。
情報の非対称性とは、情報や知識を持っている人達が優位に立ち、情報を持っていない人達が不利な状況に置かれる現代経済学の一般的な理論であり(中古車の市場であるレモンの市場が良く用いられる。このレモンとは中古車の品質が良いのか悪いのかを買い手は知らないことから生じる情報の非対称性である)。情報の非対称性は、同様に、コンピュータの仕組みの場合の知識を持っている人と、持っていない人との間でも存在し、説明が出来ます。
では、コンピュータの仕組みをハードウェア、ソフトウェアの仕組みを二回に分けて説明していきます。まず、今回は、ハードウェアとしてのコンピュータです。
今回の内容を説明していきます。
1、コンピュータは、パソコンでもスマートフォンでもデータセンターのサーバーでも、0と1のスイッチのオンとオフ、から成り立つ、フォン・ノイマンという、超天才の数学者が考案したノイマン型のアーキテクチャで、作られています。想像するのは困難なぐらいの沢山の0と1のスイッチが、あなた方が使う、パソコンや、スマートフォンに入っています。
2、0と1のスイッチは、2進数と呼ばれる。0と1で、桁数の大きい数字を扱う事を目的としている。ビット数と、バイト数が使用されます。64ビットのCPU(MPUとも呼ばれる)とは64桁の2進数です。それは、スイッチである0と1のスイッチの組み合わせで64桁あります。
3、0と1のスイッチの組み合わせで、半導体と呼ばれる、一昔前の日本語では、大規模集積回路と呼ばれている、CPUやGPUや、最近価格が上がっている、メモリ、SSDなどが、作成されます。
4、0と1のスイッチだけで、なぜ、CPUやGPUで計算を行ったり、メモリや、SSD(フラッシュメモリ)などで情報を保持できるのか不思議に思うかもしれませんが、理由は、論理回路と呼ばれる、AND、OR、NOT、XOR、NOR、NANDを0と1のスイッチの組み合わせで作ります。
これがハードウェアとしての半導体であるCPUやGPUが、様々な計算を行い、メモリやSSDなどが、情報を保持できる一番下の2進数であるハードウェアの仕組みです。
5、このCPUやGPU、メモリやSSDの論理回路とは、どのぐらい複雑なものだろうと思うかもしれませんが。ソフトウェアの説明でも説明しますが。CPUでは、アセンブリ言語と呼ばれる0と1のスイッチの組み合わせである機械語を人間が読めるようにしている言語では、足し算、引き算、掛け算、割り算、の4種類と、メモリ空間のアドレス(主記憶装置であるDRAM、SSD、CPUの場合CPUに搭載されているキャッシュメモリも含まれる)である、0と1のスイッチの組み合わせで情報を保持する場所です。
6、このCPUでは、命令セットと呼ばれるものが在ります。これは、インテルやAMDのCPUでは、X64と呼ばれる命令セットを使っています。スマートフォンではARMの命令セットが使われます。この命令セットは機械語と呼ばれる0と1の組み合わせをアセンブリ言語という人間が理解できる表現形式にしています。この機械語、アセンブリ言語と呼ばれる低水準言語よりも理解しやすいコンピュータ言語が高水準言語と呼ばれるC言語やJava、Pytoh3などです。
7、ここで、最近の生成AIの進歩と、ハイテク関連の株として、注目を集めているAIで使われるGPUや、TPU、NPU、では、小数点以下の細かい数値を扱う浮動小数点の演算が、重要視されています。浮動小数点と、聞くと、ビビる人達も多いと思いますが。桁数の大きい数字を扱う場合。そして、その桁数の大きい数値を専門の計算を行う、半導体がGPUやTPU、NPUであると考えれば、わかりやすく理解ができます。
このように、判りやすく、コンピュータのハードウェアの説明を、計算をするCPUやGPU、メモリやフラッシュメモリを中心に行いました。
コンピュータを学ぶ際に情報の非対称性の課題である、ビビリが生じる、原因として、コンピュータを手に持っても、内部で、どのように動いているのか、理解が難しい面が在ると考えられます。このビビリを世界の多くの人たちが克服し、生成AIと共に、よりよい人生を送るため一助となれば、この短い文章の役割としては十分すぎると考えられます。
では、今日は、この辺りで筆を置きましょう。」
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