コンピュータとプログラミング

最終更新日：2026年7月19日

コンピュータがどんな部品でできていて、どのように命令を処理するのか（ハードウェアとソフトウェアの関係）を学びます。あわせて、コンピュータがすべてを0と1で扱うことと、その計算を支える論理回路の基礎を理解します。

コンピュータの5大装置は入力・出力・記憶・演算・制御です。このうち演算と制御を担うのがCPU（中央処理装置）です。
プログラムやデータはいったん主記憶（メモリ）に置かれ、CPUが順に読み出して処理します（プログラム内蔵方式）。
論理回路の基本はAND（論理積）・OR（論理和）・NOT（否定）です。これらを組み合わせて演算や制御を行います。

5大装置とコンピュータの動き

コンピュータは、キーボードなどの入力装置、ディスプレイなどの出力装置、データやプログラムを覚えておく記憶装置、計算を行う演算装置、全体に指示を出す制御装置の5つの機能で説明できます。演算装置と制御装置をまとめたものがCPUで、コンピュータの頭脳にあたります。

処理の基本は「補助記憶（ストレージ）にあるプログラムを主記憶に読み込み、CPUが命令を1つずつ取り出して実行する」という流れで、この方式をプログラム内蔵方式（ストアドプログラム方式）と呼びます。

メモリは高速ですが電源を切ると内容が消え、SSDやハードディスクなどの補助記憶は遅い代わりに電源を切っても残る、という速度と保存性のトレードオフを押さえておきましょう。

論理回路と真理値表

コンピュータ内部の計算は、0（偽）と1（真）の組み合わせを扱う論理回路で行われます。基本となるのは、両方が1のときだけ1になるAND、どちらか一方でも1なら1になるOR、入力を反転させるNOTの三つです。

回路の動きは、入力の全パターンに対する出力を書き出した真理値表で表します。

基本論理回路のふるまい

AND：入力A・Bがともに1のときだけ出力が1になります（「AかつB」）。
OR：入力A・Bの少なくとも一方が1なら出力が1になります（「AまたはB」）。
NOT：入力が1なら0、0なら1になります（反転）。ANDやORの出力を反転したNAND・NORも重要です。

半加算器のイメージ

1桁どうしの2進数の足し算は、桁の値（和）をXOR、繰り上がり（桁上げ）をANDで求める回路（半加算器）で実現できます。基本論理回路を組み合わせるだけで足し算ができることが、「コンピュータは論理回路の集まりで計算している」ことの実感につながります。

ソフトウェアの階層

ソフトウェアは、ハードウェアを管理してアプリを動かす土台となる基本ソフトウェア（OS）と、文書作成やゲームなど目的別の応用ソフトウェア（アプリケーション）に分けられます。OSはメモリの割り当てやファイル管理、入出力の仲介などを引き受け、アプリが機器の細部を意識せずに動けるようにしています。

私たちが普段触れているのは主に応用ソフトですが、その裏でOSが資源を調整していると理解しておくと、システム全体の構成をイメージしやすくなります。

実践ワンポイント

CPU・メモリ・補助記憶の役割分担、2進数の計算、論理回路の真理値表の読み書きが計算問題として狙われます。「メモリは電源を切ると消える／補助記憶は残る」といった性質の違いも定番です。

参考・出典

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