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OSの役割と機能

女性

基礎が終わって、先生、ここからが面白いんですよね?

う~ん、残念だけどまだ覚えることがメインだね

先生

OSの機能と役割

基本ソフトのオペレーティングシステムはコンピュータの基本的な機能を担うソフトウェアであり、ハードウェアと応用ソフトウェアの仲介のために以下のような様々な管理を行っている。

①タスク管理
応用ソフトウェアの処理の優先度やCPUや記憶装置への処理の割り当て
②記憶管理
各応用ソフトウェアの使うメモリの割り当て
③入出力管理
キーボードやマウス、スピーカーなどの周辺機器の入力と出力の管理
④ファイル管理
補助記憶装置のファイルの管理
⑤資源管理
CPU、メモリ、ハードディスクなどのコンピュータ資源を管理
⑥ユーザ管理
複数のユーザアカウントの登録、削除を行い、コンピュータの利用者を管理

女性

うーん、結局どういうこと?

分からなくても、とりあえずでいいから覚えよう!

先生

CPUの機能

CPUはコンピュータにおける演算と制御を担う部品で、中央処理装置プロセッサとも呼ばれる。コンピュータのCPUの性能は処理性能と直結しているため、CPUの性能が良いと処理性能も良くなる。CPUは一度に処理出来るデータの量に違いがあり、16bit、32bit、64bitのデータを一度に処理出来るものがある。また、これに加えて、コンピュータは多くの部品や装置によって構成されているため、動作のタイミングを合わせるためにクロック信号というものを使用している。一秒間の信号の回数をクロック周波数といい、クロック周波数が高いほど一秒間に処理できるデータが多くなるため、CPUの性能を測るための尺度としても用いられる。このようなことからCPUの処理能力は一秒間に何回処理を行えるか、と一回にどれだけ処理できるか、の主に二つによって左右されていることが分かる。

男性

性能のいいCPUはクロック周波数が高いんですよね?

そうだね、高いものだと1秒間に3500回も動作が可能なんだ!

先生

CPUの演算

CPUが実際に動作するとき、CPUは命令の取り出し、解読、実行というサイクルを繰り返している。実際の例を見て理解しよう。この例では5と9の足し算を行っている。

CPUの演算の流れは
①プログラムカウンタの番地指定
②命令カウンタへの取り出し
③解読
④番地の指定
⑤汎用レジスタへの読み出し
の繰り返しだ。
これを分かった上で見ていこう。

先生

図1

CPU1

図1の状態ではプログラムカウンタは0となっていて、まだ演算は始まっていないよ。
ここでそれぞれの部品の機能を見ておこう。
CPUの演算の流れは
①プログラムカウンタの番地指定
②命令カウンタへの取り出し
③解読
④番地の指定
⑤汎用レジスタへの読み出し
の繰り返しだ。
これを分かった上で見ていこう。

先生

図2

図2ではプログラムカウンタが2になったね。 これによって命令レジスタに命令の取り出しが行われ、汎用レジスタのAに5が読み出されたんだ。

先生

図3

図3ではプログラムカウンタが3になったね。 ここでは図2と同じように命令の取り出しとその実行が行われ、汎用レジスタのBに9が読み出された。

先生

図4

図4ではプログラムカウンタが4になったね。 ここでは命令レジスタに「AとBの足し算をしろ」命令が取り出され、それによって5+9が行われたんだ。 結果である14は汎用レジスタのCに取り込みが行われたよ。

先生

図5

図5ではプログラムカウンタが5になったね。 ここでは汎用レジスタのCの中身を主記憶装置に書き出せという命令が実行されたよ。 これで計算は終了だ。残りはこれを表示するプログラムを作れば、簡易的な電卓にもできるよ。

先生
まとめ
  • OSはPCの中での応用ソフトウェアのベースとなる役割を担っている。
  • CPUは演算と処理を行っていて、性能のいいものほど大きいデータを素早く、同時に処理することができる。
  • CPUの動作は命令の取り出し、解読、実行というサイクルを繰り返している。
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