コンピュータの五大機能とは？命令の取出しと解釈の流れ【基本情報技術者試験】

まず結論

コンピュータは、入力・記憶・演算・制御・出力という五つの基本機能から成り立っています。

基本情報技術者試験では、特に次の対応が重要です。

命令を保存する
→ 記憶装置

命令を取り出す
→ 記憶装置から

命令を解釈する
→ 制御装置

計算を実行する
→ 演算装置

つまり、

命令は記憶装置から取り出し、制御装置で解釈する

と覚えると判断しやすくなります。

直感的な説明

料理を作る場面に置き換えてみます。

レシピを保管する
→ 記憶

次の手順を読む
→ 命令の取出し

手順の意味を理解する
→ 命令の解釈

切る・混ぜる・加熱する
→ 演算・実行

完成した料理を出す
→ 出力

コンピュータも同じように、保存された命令を順番に取り出し、内容を解釈して、必要な処理を実行します。

五大機能を単独で覚えるのではなく、処理の流れとして見ると理解しやすくなります。

定義・仕組み

入力

入力は、外部から情報をコンピュータへ取り込む機能です。

代表例は次のとおりです。

キーボード
マウス
タッチパネル
マイク
センサ

利用者の操作や外部機器からのデータを受け取ります。

記憶

記憶は、命令やデータを保存する機能です。

レジスタ
キャッシュメモリ
主記憶
補助記憶装置

実行中のプログラムや処理対象のデータは、主に主記憶へ置かれます。

CPUが次の命令を実行するときは、主記憶に保存された命令を取り出します。

演算

演算は、計算や論理処理を行う機能です。

加算・減算
比較
AND・OR
シフト演算

CPU内のALU（算術論理演算装置）が、この機能を担当します。

制御

制御は、命令を解釈し、各装置へ動作を指示する機能です。

命令の内容を判断する
↓
必要な装置へ制御信号を送る
↓
処理の順序を整える

CPU内の制御装置が担当します。

出力

出力は、処理結果を外部へ渡す機能です。

代表例は次のとおりです。

ディスプレイ
プリンタ
スピーカ

処理した結果を、人や別の装置が利用できる形にします。

命令の取出し・解釈・実行

CPUの基本動作は、次の順番です。

フェッチ
↓
デコード
↓
実行

それぞれの意味は次のとおりです。

フェッチ
→ 主記憶から命令を取り出す

デコード
→ 命令の内容を解釈する

実行
→ 演算やデータ転送などを行う

このテーマは基本情報技術者試験のコンピュータ構成要素に含まれます。公式の出題範囲は、IPA：基本情報技術者試験から確認できます。

科目Aでどう出る？

科目Aでは、五大機能と装置の対応や、命令実行の流れを問う問題がよく出ます。

選択肢を切る判断表

選択肢の表現	判断
命令は記憶装置から取り出す	正しい
命令は演算装置から取り出す	誤り
命令は制御装置で解釈する	正しい
命令は演算装置で解釈する	誤り
加算や比較は演算装置が行う	正しい
キーボードは出力装置である	誤り

試験中は、次の順番で確認します。

命令はどこに保存されているか
命令をどこから取り出すか
命令をどの装置が解釈するか
実際の計算をどの装置が行うか

五大機能の対応

機能	主な役割	代表的な装置
入力	情報を取り込む	キーボード、マウス
記憶	命令・データを保存	主記憶、補助記憶
演算	計算・論理処理	ALU
制御	命令を解釈し指示	制御装置
出力	結果を外部へ渡す	ディスプレイ、プリンタ

どんな場面で使う？

CPUの動作を理解するとき

プログラムが動く仕組みを理解するには、命令がどのように処理されるかを知る必要があります。

主記憶から命令を取得
↓
制御装置で解釈
↓
演算装置や記憶装置へ指示
↓
結果を保存または出力

この流れを理解すると、CPU・主記憶・レジスタの役割を切り分けやすくなります。

コンピュータ構成を分類するとき

周辺機器や内部装置が、五大機能のどれに当たるかを整理できます。

スキャナ
→ 入力

SSD
→ 記憶

ALU
→ 演算

制御回路
→ 制御

ディスプレイ
→ 出力

性能のボトルネックを考えるとき

どの機能で処理が遅れているかを考える際にも、五大機能の整理が役立ちます。

入力が遅い
記憶装置へのアクセスが遅い
演算に時間がかかる
出力に時間がかかる

よくある誤解・混同

CPUがプログラム全体を保存している

CPU内にはレジスタやキャッシュがありますが、実行中のプログラム全体は主に主記憶へ置かれます。

問題文で「命令をどこから取り出すか」と問われたら、記憶装置と判断します。

演算装置が命令を解釈する

違います。

命令を解釈
→ 制御装置

命令に従って計算
→ 演算装置

「判断する」と「計算する」を分けて考えます。

入力装置から命令を直接取り出す

キーボードなどの入力装置は、利用者の情報を取り込む装置です。

実行中の命令は、主記憶から取り出します。

命令の取出し元はプログラムカウンタである

プログラムカウンタは、次の命令があるアドレスを保持します。

命令そのものを保存している場所ではありません。

プログラムカウンタ
→ 命令の場所を示す

主記憶
→ 命令を保存する

制御装置と演算装置は別のCPUである