📅 公開日：2026年3月20日

【基本情報技術者試験】コンピュータ構成要素を完全解説｜CPU・メモリ・ストレージの仕組み

基本情報技術者試験・ITパスポート試験において、コンピュータ構成要素の知識は必須です。CPU の動作原理、メモリの種類と特性、ストレージの違いを正確に理解することで、関連問題を確実に得点できます。

1. コンピュータの5大装置

コンピュータは以下の5つの装置から構成されています。

装置	役割	具体例
演算装置	算術・論理演算を実行	CPU のALU
制御装置	各装置の動作を指示・制御	CPU の制御ユニット
記憶装置	データ・プログラムを記憶	RAM、HDD、SSD
入力装置	データを入力	キーボード、マウス
出力装置	結果を出力	ディスプレイ、プリンタ

演算装置と制御装置を合わせたものが CPU（Central Processing Unit） です。

2. CPU の仕組み

CPU は「コンピュータの頭脳」です。工場のライン作業に例えると、作業指示書（プログラム）を読み取り（フェッチ）、内容を解釈し（デコード）、実際に作業を行う（実行）という流れを高速で繰り返しています。

命令実行サイクル

フェッチ（Fetch）：主記憶から命令を取り出す
デコード（Decode）：命令の内容を解読する
実行（Execute）：演算・データ転送などを行う
ライトバック：結果をレジスタ・メモリに書き戻す

主なレジスタ

レジスタ名	役割
プログラムカウンタ（PC）	次に実行する命令のアドレスを保持
命令レジスタ（IR）	現在実行中の命令を保持
アキュムレータ	演算結果を一時的に格納
汎用レジスタ	計算途中のデータを保持

クロック周波数

CPU の動作速度は クロック周波数（Hz） で表します。1GHz = 1秒間に10億回のクロック信号です。周波数が高いほど処理が速くなります。

パイプライン処理

命令の実行を複数のステージに分割し、各ステージを並行処理することで スループット（単位時間あたりの処理数） を向上させる技術です。

3. メモリの種類と特性

主記憶装置（RAM）

CPU が直接アクセスできるメモリで、実行中のプログラムやデータを格納します。

種類	特性	用途
DRAM	コンデンサでデータ保持、リフレッシュ必要、低コスト	メインメモリ
SRAM	フリップフロップで保持、高速・高コスト	キャッシュメモリ

RAMは 揮発性メモリ で、電源を切るとデータが消えます。

ROM（Read Only Memory）

電源を切ってもデータが消えない 不揮発性メモリ です。BIOS・ファームウェアの格納に使われます。現在は書き換え可能なフラッシュROM（EEPROM）が主流です。

キャッシュメモリ

CPU と主記憶の 速度差を補う 高速な小容量メモリです。アクセス頻度の高いデータをキャッシュに保持することで処理効率を上げます。

L1キャッシュ（最速・最小）→ L2キャッシュ → L3キャッシュ（最低速・最大）の階層構造

仮想記憶

補助記憶装置（HDD/SSD）の一部を主記憶として利用できるようにする技術です。物理 RAM 以上のメモリ空間をプログラムに提供できます。ページング方式が一般的で、必要なページだけを主記憶に読み込みます（ページフォルト）。

4. ストレージ（補助記憶装置）

HDD（ハードディスクドライブ）

磁気ディスクに記録する記憶装置です。回転するディスクとヘッドで読み書きする機械的な構造を持ちます。

シークタイム：ヘッドを目的のトラックへ移動する時間
回転待ち時間：目的のセクタがヘッドの位置に来るまでの時間
大容量・低コストだが、機械的可動部品があるため衝撃に弱い

SSD（ソリッドステートドライブ）

フラッシュメモリを使用した記憶装置です。機械的可動部品がないため： - ランダムアクセスが高速 - 消費電力が低い - 衝撃に強い - コストは HDD より高め

5. RAID（複数ディスクの冗長化）

RAID レベル	方式	特徴
RAID 0	ストライピング	高速化、冗長性なし
RAID 1	ミラーリング	冗長性高い、容量効率50%
RAID 5	パリティ分散	冗長性・容量効率のバランスが良い

まとめ

試験で特に重要なポイントをまとめます：

CPU の命令実行サイクル：フェッチ → デコード → 実行
DRAM：リフレッシュ必要・主記憶用 / SRAM：高速・キャッシュ用
SSD は HDD よりランダムアクセスが高速で衝撃に強い
仮想記憶でページが見つからない状態をページフォルトという
RAID 1 はミラーリング（冗長化）、RAID 0 はストライピング（高速化）