Macが動くしくみってなんだろう?●Macのしくみ大図鑑

コンピュータの構成要素

Macを含め、現代のデジタルコンピュータは「電子計算機」とも訳されます。コンピュータは瞬時に複雑で膨大な計算を行い、文字や画像、映像や音楽なども扱える「魔法の箱」のように思えますが、ハードウェアとしての基本原理は、実は「そろばん」と同じなんです。つまり、数値を数えたり足し算を行うことしかできないということ。

しかし、そろばんとの大きな違いは、計算の手順（アルゴリズム）をコンピュータ自身に覚えさせて計算の作業を自動化できる点です。人間は計算に必要なデータを用意して命令を与えるだけで、あとは計算機が手順に沿って計算を超高速に繰り返し、その計算結果を出力機器を通じて返してくれます。この手順書を一般的に「プログラム」、入力するデータと合わせて「ソフトウェア」と呼びます。このソフトウェアを複数搭載することで、さまざまな処理を実現しています。

そのためにさまざまな装置がMacに内蔵されていますが、「はたらき」という視点から見ると「入力」「記憶」「演算」「制御」「出力」の5つの装置に分類されます。ただし、これは概念的に把握しやすくするための考え方になります。

5装置それぞれのはたらき

さて、この5装置のうち演算と制御は主にCPU（中央演算処理装置）が担っていて、動作のタイミングは一定間隔のクロック信号によって制御されます。このクロック周波数の数値が高いほど高速に動作します。たとえば、2GHzのCPUは1秒間に20億回の動作が行われることを意味します。現在のCPUは、複数のコアが1つのマイクロチップ内に実装される傾向にあり（マルチコア）、画像処理を担当するGPUもまた統合されることがあります。

前述のプログラムやデータを一時的に格納するのが主記憶装置（メインメモリ）で、このメモリで記憶しきれない分をハードディスクやSSD（フラッシュストレージ）など、より大容量な補助記憶装置で保管しています。かつてはこの補助記憶装置の速度はメインメモリに比べて低速だったのですが、最近の高速なフラッシュメモリを搭載するSSDではその差が縮まり、メモリ上の処理を補助記憶装置上で行う「仮想メモリ」を展開してもパフォーマンスの低下が起こりにくくなっています。そのため、「メモリ不足になると不安定」という、かつてのコンピュータの常識は過去のものになりつつあるのです。

そして、これらのコンピュータ内部の処理を表示するための出力機器としてのディスプレイやプリンタ、コンピュータに命令やデータを与えるための入力機器としてキーボードやトラックパッドなどが接続されて“Mac”というハードウェアを構成しているのです。