コンピューターハードウェア

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PDP- 11CPUボード

コンピュータハードウェアには、ケース[1]中央処理装置(CPU)、モニターマウスキーボードコンピューターデータストレージグラフィックカードサウンドカードスピーカーマザーボードなどのコンピューターの物理部品が含まれます[2]

対照的に、ソフトウェアは、ハードウェアで保存および実行できる一連の命令です。ハードウェアは、変更に対して 「ハード」またはリジッドであるため、いわゆる「ソフト」ですが、ソフトウェアは、変更が容易であるため「ソフト」です。

ハードウェアは通常、ソフトウェアによって任意のコマンドまたは命令を実行するように指示されます。ハードウェアとソフトウェアの組み合わせは、使用可能なコンピューティングシステムを形成しますが、他のシステムはハードウェアのみで存在します。

フォンノイマンアーキテクチャ

フォンノイマンアーキテクチャスキーム

現代のすべてのコンピューターのテンプレートは、ハンガリーの数学者ジョン・フォン・ノイマンによる1945年の論文で詳述されているフォンノイマンアーキテクチャです。これは、算術論理演算装置プロセッサレジスタからなる処理装置命令レジスタプログラムカウンタを含む制御装置、データと命令の両方を格納するメモリ、外部大容量記憶装置からなる細分化された電子デジタルコンピュータの設計アーキテクチャについて説明しています。と入力と出力メカニズム。[3]この用語の意味は、命令フェッチとデータ操作が共通のバスを共有しているために同時に発生することができないストアドプログラムコンピュータを意味するように進化しました。これはフォンノイマンボトルネックと呼ばれ、システムのパフォーマンスを制限することがよくあります。[4]

コンピュータシステムの種類

パソコン

モニターマザーボードCPURAM、2枚の拡張カード電源光ディスクドライブハードディスクドライブキーボードマウスなど、パーソナルコンピュータの基本的なハードウェアコンポーネント
特注のコンピューターの内部:下部の電源装置には独自の冷却ファンがあります

パーソナルコンピュータは、その汎用性と比較的低価格のため、最も一般的なタイプのコンピュータの1つですデスクトップパソコンには、モニターキーボードマウスコンピューターケースがあります。コンピュータケースには、マザーボード、データストレージ用の固定またはリムーバブルディスクドライブ、電源装置が収納されており、モデムなどの他の周辺機器が含まれている場合があります。またはネットワークインターフェイス。デスクトップコンピューターの一部のモデルは、モニターとキーボードをプロセッサーと電源装置と同じケースに統合しました。要素を分離することにより、ユーザーは、コンポーネント間の電源ケーブルとデータケーブルを管理することを犠牲にして、快適で快適なアレイにコンポーネントを配置できます。

ラップトップは携帯性を考慮して設計されていますが、デスクトップPCと同様に動作します。[1]同様の価格のデスクトップコンピュータよりもパフォーマンスが低く、低電力または小型のコンポーネントを使用する場合があります。[5]ラップトップには、キーボード、ディスプレイ、およびプロセッサが1つのケースに含まれています。ケースの折りたたみ式アッパーカバーのモニターは、画面とキーボードを保護するために、輸送のために閉じることができます。ラップトップには、マウスの代わりに、タッチパッドまたはポインティングスティックが付いている場合があります。

タブレットは、タッチスクリーンを主要な入力デバイスとして使用するポータブルコンピューターです。タブレットは一般的に軽量で、ラップトップよりも小型です。

一部のタブレットには、折りたたみ式キーボードが含まれている場合や、個別の外部キーボードへの接続が提供されている場合があります。ラップトップコンピューターの一部のモデルには、取り外し可能なキーボードがあり、システムをタッチスクリーンタブレットとして構成できます。それらは「2-in-1取り外し可能ラップトップ」または「タブレット-ラップトップハイブリッド」と呼ばれることもあります。[6]

ケース

コンピュータケースは、システムのほとんどのコンポーネントを囲んでいます。マザーボード、ディスクドライブ、電源装置などの内部要素を機械的にサポートおよび保護し、内部コンポーネント上の冷却空気の流れを制御および指示します。ケースは、コンピュータから放射される電磁干渉を制御し、内部部品を静電放電から保護するシステムの一部でもあります。大型のタワーケースは、複数のディスクドライブやその他の周辺機器用のスペースを提供し、通常は床に立てますが、デスクトップケースは拡張スペースが少なくなります。オールインワンスタイルのデザインには、同じケースに組み込まれたビデオディスプレイが含まれています。ポータブルおよびラップトップコンピューターには、ユニットに衝撃保護を提供するケースが必要です。愛好家は、と呼ばれる活動で、色付きのライト、ペイント、または他の機能でケースを飾ることができますケース改造

電源

電源ユニット(PSU)は、コンピューターの交流(AC)電力を低電圧直流(DC)電力に変換します。ラップトップは内蔵の充電式バッテリーで動作します。[7] PSUは通常、スイッチモード電源(SMPS)を使用し、パワーMOSFET(パワー金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ)がSMPSのコンバーターおよびレギュレーター回路で使用されます。[8]

マザーボード

コンピューターのマザーボード

マザーボードはコンピューターの主要コンポーネントです。これは、 CPURAM、ディスクドライブ(CDDVDハードディスクなど)、およびポートや拡張スロットを介して接続された周辺機器を含む、コンピューターの他の部分を接続する集積回路を備えたボードです。 コンピュータの集積回路(IC)チップには、通常、数十億の小さな金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)が含まれています。[9]

マザーボードに直接接続されている、またはマザーボードの一部に接続されているコンポーネントは次のとおりです。

拡張カード

コンピューティングの拡張カードは、コンピュータのマザーボードまたはバックプレーンの拡張スロットに挿入して、拡張バスを介してコンピュータシステムに機能を追加できるプリント回路基板です。拡張カードを使用して、マザーボードが提供していない機能を取得または拡張できます。

ストレージデバイス

ストレージデバイスは、データファイルおよびオブジェクトの保存、移植、および抽出に使用されるコンピューティングハードウェアおよびデジタルメディアです。情報を一時的および永続的に保持および保存でき、コンピューター、サーバー、または同様のコンピューティングデバイスの内部または外部に配置できます。データストレージは、コンピューターのコア機能であり、基本的なコンポーネントです。

固定メディア

データは、さまざまなメディアを使用してコンピューターによって保存されます。ハードディスクドライブ(HDD)は、大容量で低コストであるため、事実上すべての古いコンピューターに搭載されていますが、ソリッドステートドライブ(SSD)は、現在、1台あたりの金額でハードドライブよりも高価ですが、より高速で電力効率が高くなっています。ギガバイト[10]は、2007年以降に製造されたパーソナルコンピュータでよく見られます。[11] SSDはフラッシュメモリを使用します。フラッシュメモリは、フローティングゲートMOSFETメモリセルで構成されるMOSメモリチップにデータを格納します一部のシステムでは、パフォーマンスや信頼性を高めるため にディスクアレイコントローラーを使用する場合があります。

リムーバブルメディア

コンピュータ間でデータを転送するには、外部フラッシュメモリデバイス(メモリカードUSBフラッシュドライブなど)または光ディスクCD-ROMDVD-ROMBD-ROMなど)を使用できます。それらの有用性は、他のシステムで読み取り可能であるかどうかに依存します。大多数のマシンには光ディスクドライブ(ODD)があり、事実上すべてに少なくとも1つのユニバーサルシリアルバス(USB)ポートがあります。さらに、USBスティックは通常、オペレーティングシステム全体で広くサポートされているFAT32ファイルシステムで事前フォーマットされています

入出力周辺機器

入力デバイスと出力デバイスは通常、メインのコンピュータシャーシの外部に収容されています。以下は、標準であるか、多くのコンピュータシステムに非常に一般的です。

入力デバイス

入力デバイスを使用すると、ユーザーはシステムに情報を入力したり、システムの動作を制御したりできます。ほとんどのパーソナルコンピュータにはマウスキーボードがありますが、ラップトップシステムは通常、マウスの代わりにタッチパッドを使用します。その他の入力デバイスには、Webカメラマイクジョイスティック、および画像スキャナーが含まれます。

出力デバイス

出力デバイスは、人間の感覚を中心に設計されています。たとえば、モニターは読むことができるテキストを表示し、スピーカーは聞くことができる音を生成します。[12]このようなデバイスには、プリンター点字エンボス加工機も含まれます

メインフレームコンピュータ

メインフレームコンピュータは、通常は部屋を埋め尽くすはるかに大きなコンピュータであり、パーソナルコンピュータ の数百倍または数千倍の費用がかかる場合があります。これらは、政府や大企業向けに多数の計算を実行するように設計されています。

IBM Systemz9メインフレーム

部門別コンピューティング

1960年代と1970年代に、ますます多くの部門が、プロセス制御実験室の自動化などの特定の目的のために、より安価で専用のシステムを使用し始めました。ミニコンピューター、または口語的にミニコンピューターは、1960年代半ばに開発され[13] [14] 、メインフレーム[15]よりもはるかに安価に販売された小型コンピューターのクラスであり、 IBMおよびその直接の競合他社 からの中型コンピューターです。

スーパーコンピューター

スーパーコンピューターは、表面的にはメインフレームに似ていますが、代わりに非常に要求の厳しい計算タスクを対象としています。2021年11月の時点で、TOP500スーパーコンピューターリストで最速のスーパーコンピューターは日本の富岳であり、LINPACKベンチマークスコアは415 PFLOPSで、米国で 2番目に速いSummitを約294PFLOPS上回っています。

スーパーコンピューターという用語は、特定のテクノロジーを指すものではありません。むしろ、それは任意の時点で利用可能な最速の計算を示します。 2011年半ば、最速のスーパーコンピューターは1ペタフロップスを超える速度、つまり1秒あたり1兆(10 ^ 15または1,000兆)の浮動小数点演算を誇っていました。スーパーコンピューターは高速ですが非常にコストがかかるため、大規模な組織では通常、大規模なデータセットを含む計算量の多いタスクを実行するために使用されます。スーパーコンピューターは通常、軍事および科学アプリケーションを実行します。コストはかかりますが、大量のデータを分析する必要がある商用アプリケーションにも使用されています。たとえば、大手銀行はスーパーコンピューターを使用してさまざまな投資戦略のリスクとリターンを計算しています。医療機関はそれらを使用して、患者データの巨大なデータベースを分析し、国で発生しているさまざまな病気や問題の最適な治療法を決定します。

ハードウェアのアップグレード

コンピューターのハードウェアを使用する場合、アップグレードとは、コンピューターに新しいハードウェアまたは追加のハードウェアを追加して、パフォーマンスを向上させたり、容量を増やしたり、新しい機能を追加したりすることを意味します。たとえば、ユーザーはハードウェアのアップグレードを実行してハードドライブをより高速なものに交換したり、ソリッドステートドライブ(SSD)を実行してパフォーマンスを向上させたりできます。ユーザーは、より多くのランダムアクセスメモリ(RAM)をインストールして、コンピューターが追加の一時データを保存したり、そのようなデータをより高速に取得したりできるようにすることもできます。ユーザーは、USB3.0 拡張カードを追加してUSB3.0デバイスを完全に使用するか、グラフィックスプロセッシングユニット(GPU)をアップグレードして、よりクリーンでより高度なグラフィックス、またはより多くのモニターを使用できます。このようなハードウェアのアップグレードを実行することは、古いコンピュータが新しい、または更新されたプログラムのシステム要件を満たすために必要になる場合があります。

販売

2016年のコンピューターハードウェアからの世界的な収益は4,080億ユーロに達しました。[16]

リサイクル

コンピュータの部品には危険物が含まれているため、古くて古い部品をリサイクルする動きが高まっています。[17]コンピューターのハードウェアには、鉛、水銀、ニッケル、カドミウムなどの危険な化学物質が含まれています。EPAによると、これらの電子廃棄物は、適切に処分されない限り、環境に有害な影響を及ぼします。ハードウェアの製造にはエネルギーが必要であり、部品をリサイクルすることで、大気汚染、水質汚染、および温室効果ガスの排出を削減できます。[18]許可されていないコンピュータ機器を処分することは実際には違法です。法律により、政府を通じてコン​​ピューターをリサイクルすることが義務付けられています承認された施設。コンピュータのリサイクルは、特定の再利用可能な部品を取り出すことで簡単にできます。たとえば、RAM、DVDドライブ、グラフィックカードハードドライブまたはSSD、およびその他の同様の取り外し可能な部品を再利用できます。

コンピュータハードウェアで使用される多くの材料は、将来の生産で使用するためにリサイクルすることで回収できます。コンピュータやその他の電子機器に大量に存在するスズシリコンアルミニウム、およびさまざまなプラスチックを再利用することで、新しいシステムを構築するコストを削減できます。コンポーネントには、タンタル[19] [20] プラチナパラジウム、および再生に適したその他の貴重な材料が含まれていることがよくあります。[21] [22]

有毒なコンピュータコンポーネント

中央処理装置には多くの有毒物質が含まれています。金属板に鉛とクロムが含まれています。抵抗器、半導体、赤外線検出器、安定装置、ケーブル、およびワイヤーにはカドミウムが含まれています。コンピュータの回路基板には、水銀とクロムが含まれています。[23]これらの種類の材料や化学物質が不適切に廃棄されると、環境に有害になります。

環境への影響

米国環境保護庁によると、実際にリサイクルされるのは電子廃棄物の約15%にすぎません。電子廃棄物の副産物が地下水に浸出したり、燃やされたり、リサイクル中に誤って取り扱われたりすると、害を及ぼします。このような毒素に関連する健康上の問題には、精神発達障害、癌、および肺、肝臓、腎臓への損傷が含まれます。[24]そのため、ワイヤーでさえリサイクルする必要があります。ワイヤーをリサイクルする技術は会社によって異なります。最も人気のあるものは、プラスチック/ゴムのケーシングから銅線を分離するグラインダーです。プロセスが完了すると、2つの異なる山が残ります。1つは銅粉を含み、もう1つはプラスチック/ゴム片を含みます。[25]コンピューターモニター、マウス、およびキーボードはすべて、同様のリサイクル方法を採用しています。たとえば、最初に各パーツが分解され、次にすべての内部パーツが分離されて独自のビンに配置されます。[26]

コンピュータコンポーネントには、ダイオキシンポリ塩化ビフェニル(PCB)、カドミウムクロム放射性同位元素水銀などの多くの有毒物質が含まれています一般的なコンピューターモニターには、6重量%を超える鉛が含まれている場合があり、その多くはブラウン管(CRT)のガラス含まれています。一般的な15インチ(38 cm)のコンピューターモニターには1.5ポンド(1 kg)の鉛が含まれている可能性があります[27]が、他のモニターには最大8ポンド(4 kg)の鉛が含まれていると推定されています。[28]回路基板には、地下水に浸出または生成する可能性が高い鉛スズはんだがかなりの量含まれています焼却による大気汚染米国の埋め立て地では、鉛含有量レベルの約40%が電子廃棄物によるものです。[29]これらの貴重な物質を再生利用するために必要な処理(例えば、焼却および酸処理)は、有毒な副産物を放出、生成、または合成する可能性があります。

コンピュータハードウェアのリサイクルは、重金属や発がん物質などの有害廃棄物が大気、埋め立て地、または水路に入るのを防ぐため、環境に優しいと考えられています。電子機器は、発生する廃棄物全体のごく一部ですが、はるかに危険です。家電製品の持続可能な廃棄を実施および奨励するように設計された厳格な法律があります。最も注目すべきは、欧州連合の廃電気電子機器指令および米国の全国コンピュータリサイクル法です。[30]

コンピュータのハードウェアの無駄を最小限に抑えるための取り組み

コンピューターのハードウェアには内部に多数の金属が含まれているため、米国環境保護庁(EPA)は、コンピューターのハードウェアの収集とリサイクルを推奨しています。コンピュータハードウェアのリサイクルである「E-サイクリング」とは、使用済み電子機器の寄付、再利用、細断、および一般的な収集を指します。一般的に、この用語は、使用済みまたは廃棄された電子機器(電子廃棄物とも呼ばれる)に含まれるコンポーネントまたは金属を収集、仲介、分解、修理、およびリサイクルするプロセスを指します。(e-waste)。「E-サイクリング可能」アイテムには、テレビ、コンピューター、電子レンジ、掃除機、電話、携帯電話、ステレオ、VCRおよびDVDが含まれますが、これらに限定されません。 。[31]

コンピュータのリサイクルは、 DellAppleなどのいくつかの国家サービスによって簡単になります両社は、自社またはその他のメーカーのコンピューターを取り戻します。それ以外の場合は、病院、学校、大学などの古いコンピューターをリサイクルおよび再生する組織であるComputer AidInternationalにコンピューターを寄付することができます。 [32]

も参照してください

参考文献

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外部リンク