基本情報技術者アウトプット〜第1章〜

# 概要
基本情報技術者の学習を行っています。
知識アウトプットしていきます。

# CPU（中央処理装置）関連
### CPUとは
コンピュータの制御装置と演算装置を合わせたもの。
別プロセッサという。

制御装置は入力、出力、演算、記憶装置の制御を行っている。

### クロック周波数とは
> CPUが1秒間に何回ONとOFFの切り替えが可能かを示す指標

引用：[CPUの「コア数」「クロック周波数」「スレッド数」とは？](https://dosparaplus.com/library/details/000646.html#:~:text=%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%83%83%E3%82%AF%E5%91%A8%E6%B3%A2%E6%95%B0%E3%81%AFHz%EF%BC%88%E3%83%98%E3%83%AB%E3%83%84,%E3%81%A8%E3%81%84%E3%81%86%E3%81%93%E3%81%A8%E3%81%AB%E3%81%AA%E3%82%8A%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82)

CPUの性能を示す値。
クロック数を倍にしても性能が2倍になるわけではない。

:::note info
現在の一般的なコンピュータのクロック周波数
>現在の一般的なデスクトップコンピュータのクロック周波数は2～4 GHzであり、高速なゲーム用コンピュータでは5 GHz以上のクロック周波数を持つものもあります。

引用：[クロック周波数とは?：コンピュータの心拍数🩺](https://note.com/semicontimes/n/n5196886f03e3)

上記の記事には、周波数の限界やなぜ限界なのかの話が書いてあり、非常に参考になった。
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### レジスタ
記憶装置。超高速に動けるが、処理する量は少ない。

### 命令実行サイクル
①命令
②解読
③実効アドレスの計算
④オペラント（処理対象のデータ）の取り出し
⑤実行
⑥格納

### CPUの高速化
1つずつ命令をこなしていく、逐次制御方式では、効率が悪い。
そのため、パイプライン方式で、少しずらして、複数の命令を並行で行う。

パイプライン方式は、細分化したスーパーパイプラインや複数の処理をさらに並行して行うスーパースカラ方式がある。
実施する確率が高い命令を予測する分岐予測を行い、投機実行といって、予測した命令を実施し、結果を保持して正しければその結果を使用する命令実行を行うことで、処理の効率を上げることができる。

### GPU（グラフィック プロセシング　ユニット）
行列演算子で、3Dの画像処理を高速に実行する。数千個のコアデータを平行に処理することができる。

# 半導体メモリ
### RAM（ランダム　アクセス　メモリ）
読み書き専用のメモリ。電源を切ると消えてしまう。（揮発性）

**【DRAM】**
コンデンサ（電気を受けて流すところ）が電荷があるかどうかによって1ビットを表現する。
作りが簡単で集積化しやすいが、放電してしまうので、リフレッシュ動作（再書き込み）が必要。
主電源に用いる。

　**【SRAM】**
フリップフロップ回路を使用するので高速、
電気が通っている限り、記憶の内容を保持できるので、リフレッシュ不要。
作りが複雑で高価。キャッシュメモリに用いる。

### ROM（リード　オンリー　メモリ）
読み出し専用（最近は書き込めるものもある）のメモリ。こちらは電源を切っても消えない。（不揮発性）

### キャッシュメモリ
CPUに送るデータを主電源からの中間地点のような形で保持しているもの。
主電源にアクセスする　時間とCPUの処理速度は、CPUの処理速度が速く、ラグが生まれる。
そのため、キャッシュメモリに主電源のデータを保持し、アクセス時間を短縮する。

**【ヒット率】**
キャッシュメモリにデータがある確率。
<->主電源にある確率はNFP（Not Found probability）

ヒット率、キャッシュアクセス時間、主アクセスからCPUからメモリへのアクセス平均時間がわかる。

**【書き込み方式】**
* ライトスルー方式：キャッシュと主記憶の両方に書き込む。低速。
* ライトバック方式：キャッシュだけに書き込む。まとめて後で、主記憶に書き込む。

**【高速化】**
メモリインタリーブ：主記憶をいくつかにわけ、同時並行にアクセスすること。

**【ECCメモリ】**
エラー訂正機能があるメモリ。
長期稼働サーバーなど、安定性が求められる場合に使用。

### アクセス速度
以下の順番でアクセス速度が速い
1. レジスタ
1. 1次キャッシュ
1. 2次キャッシュ
1. 主記憶
1. 補助記憶（SSD）
1. 補助記憶（HDD）

# 補助記憶装置
主記憶を補う役割。不揮発性（データ消えない）。

### 磁気ディスク装置
円盤状でハードディスクやHDDなどと呼ばれる。
データを記憶する単位セクタの集まりで、同心円上のものをトラックという。
また中心から同等の距離のトラックの集まりをシリンダという。

### フラグメンテーション
データが連続した領域に保存されなくなること。
デフラグ：再配置。

### フラッシュメモリ
電気的に全部や一部を消去して書き直せるもの。
（例）USBやSDカード
SDカードにはファイルシステムにexFAXを使用したSDXCという2TBまで保存できるものがある。

### SSD（ソリッド　ステイト　ドライブ）
フラッシュメモリを利用した磁気ディスクの代わりとなる記憶媒体。

### 光ディスク
レーザー光を使用。
（例）CD, DVD, BD（ブルーレイディスク）

再生専用　CD-ROM
追記できる　CD-R
書き換え　CD-RW

# 入力装置
キーボードやマウスなど。
バーコードリーダー（JANコードやQRコードなど）。
最近だと、RFID（ラジオ　フリークエンシー アイデンティファイア）が使われている。（ユニクロとかのチップ）

# 出力装置
ディスプレイ（液晶、有機EL）やプリンタ（レーザプリンタ、インクジェットプリンタ、ドットインパクトプリンタ）。
プリンタだと、3Dプリンタがあり、立体物を作成できる。

### VRAM
表示内容を一時的に記憶できるメモリ。

# 入出力インターフェース
PCと周辺機器との接続の規格の呼称。
（例）USB, HDMI, Bluetooth, Zigbee

**【USB】**
USBには企画がある。
| 規格      | 最大転送速度 (bps : ビット/秒) | モード              |
|-----------|--------------------------------|------------------|
| USB1.1    | 12Mbps                         | フルスピード        |
| USB2.0    | 480Mbps                        | ハイスピード        |
| USB3.0    | 5Gbps                          | スーパースピード    |
| USB3.1    | 10Gbps                         | スーパースピード+   |

**【Zigbee】**
低く、消費電力も低く、ワイヤレスセンサーネットワーク構築に適した無線通信規格。
Zigbeeを利用した、PAN（パーソナル　エリア　ネットワーク）がある。
PANは1.4GHzを利用した短距離無線通信のインターフェース。