- はじめに
- 主要パーツの名称
- ハードウェアとソフトウェアの違い
- 主要パーツの役割
- トータルバランス
- ボトルネック現象とは？
- ボトルネック回避のために
- 適切なバランスはどうやって調べればいいの？
- まとめ
- 参考資料
はじめに
こんにちは！株式会社iimonでエンジニアをしている新卒の今井です！
本記事は iimonアドベントカレンダー13日目の記事です！
眠れない夜は宇宙とか深海とか、未知なものについて考えるんですけど、ある晩ふとパソコンってなんで動くんだろうって考え始めていつの間にか入眠しました。
人の作ったものなら知識がなくても見当くらいはつくだろうと見積もっていましたがそんなことはなく...。
起きてからもずっと頭の片隅で考えてはみたものの結局分からずじまいで、調べてみた結果これが面白かったので記事にしました！
本記事は普段パソコンを使ってはいるけどなんで動くのかよくわからないのでざっくり把握しておきたい方が対象です！
というわけでiimonアドベントカレンダー13日目「パソコンってなんで動くの？パーツ編」、始まります！
主要パーツの名称
主要パーツはざっとこんなもんです！
① 計算・処理系: CPU, GPU(ハードウェア)
② 記憶系: RAM, ストレージ(ハードウェア)
③ 基板・電力系: マザーボード, 電源(ハードウェア)
④ 補助系: CPUクーラー(ハードウェア)
⑤ PCケース:ハードウェア
➅ OS:ソフトウェア
ハードウェアとソフトウェアの違い
・ハードウェアとは、物理的に触れることができる、コンピューターの電子部品や装置そのものを指します。
実体を持つパーツですね。
・一方で、ソフトウェアとは、ハードウェアを動かすための「プログラム」「データ」「命令」など、物理的な実体のない情報を指します。
前述のOSはソフトウェアで例えばWordやPowerPointといったアプリケーションもソフトウェアに分類されます！
主要パーツの役割
・CPU（計算・処理系）
パソコンのすべての計算と処理を実行する中心的な役割を担う。
OSやアプリケーションからの命令を解釈し、実行する司令塔。CPUの性能がパソコン全体の処理速度を決定的にすると言っても過言ではない。
この処理速度は、一度にどれだけの命令をこなせるかを示しています。
・GPU（計算・処理系）
画面に表示される映像や画像に関する処理を担う。
特にゲーム、動画編集、3Dモデリングなど、高いグラフィック処理能力が求められる作業で力を発揮する。
CPUでもこの役割をこなせないわけではないですが、GPUはCPUからグラフィックに関する部分を独立させて発展させたものとしてみてもいいと思います。
・RAM(記憶系(短期))
CPUが現在処理しているデータや、起動しているアプリケーションのデータを一時的に保管する高速な記憶装置です。
メモリが大きいほど、複数の作業を同時に快適に行うことができます。電源を切るとデータは消えます。
複数画面でマルチに操作したい場合であったり、処理が重いソフトを使うならメモリが大きい方が安心ですね！
・ストレージ(記憶系(長期))
記憶装置は、パソコンの長期的なデータ保管を担っています。
RAMが作業中のデータを記憶するものであるのに対してストレージは作業結果を保存する場所というイメージです。
例えば停電で作業データが消えたというのはストレージに保存できていなかったからだと言えます
そんなことにならないよう定期的な保存は欠かさないようにしましょう....。
HDD（磁気ディスク）は安価で大容量ですが低速。SSD（半導体メモリ）は高価ですが、圧倒的な高速性を持っており、現在の主流です。
・マザーボード(基板・電力系)
CPU、RAM、グラフィックボードなどのすべての主要なパーツを接続し、それらの間で電力やデータ信号をやり取りするための中心となる回路基板です。
PCの土台のようなものです。料理で例えるなら具材を投入する鍋みたいな感じかな
・電源(基板・電力系)
当たり前なパーツですが、当たり前すぎて意外と忘れがちな気がします。
継続的に安定した電力を各パーツに供給します
・CPUクーラー(補助系)
CPUやGPUは高速で動作する際に大量の熱を発生します。この熱を適切に冷却・放熱しないと、パーツの故障や性能低下の原因となります。
空冷式（ファンとヒートシンク）と水冷式（水冷ブロックとラジエーター）が一般的です。
近年だと液浸冷却という方法もあり、これはコンピューターのハードウェア全体）を、電気を通さない特殊な液体（不活性な誘電性冷却液）の中に完全に浸し、その液体を通して熱を効率的に除去する冷却技術です。
冷却効率は空冷式、水冷式と比べてはるかに良いのですが高コストでメンテナンスが大変なので、まだおすすめとは言い難いのが現状です
・PCケース(ハードウェア)
これも当たり前と言えば当たり前ですが超大事です！
すべてのパーツを収容し、保護するためのケースです。
内部のパーツを物理的な衝撃やホコリから守ります。また、内部の熱を効率よく排出するための空気の流れを設計し、冷却ファンが性能を発揮しやすい環境を提供します。
ケースのデザインや大きさは、PCの冷却性能に直結します。
そして最後に
・OS(ソフトウェア)
OS（Operating System）は、前述のCPU、メモリ、ストレージといったすべてのハードウェアと、私たちが使うアプリケーションソフトウェアの間に立ち、橋渡しをする役割を担う、最も重要なソフトウェアです。
パソコンがただの電子部品の塊ではなく、「使える道具」になるのは、このOSがあるおかげです。
パソコンではWindows、macOS、Ubuntu、Chrome OS。スマートフォンではios、Androidあたりが代表的でしょう
トータルバランス
ここまで読んできた人の中には「自分はゲームメインだからGPUを優先して他はテキトーでいいや」と思う方がいるやもしれません。
しかし、それでは本来のスペックを活かし切ることはできないんです...！！
ボトルネック現象とは？
というのも、パソコン全体の性能は個々のパーツの最高性能ではなく処理速度が最も遅いパーツに引きずられてしまいます。
この現象を、水が流れるときの「瓶の首」になぞらえて「ボトルネック（Bottleneck）」と呼びます。
代表的な例が以下の3つです
1. CPUとRAM（短期記憶の不足）
問題点: CPUが超高速でも、RAMの容量が少なすぎる場合。
現象: CPUは非常に速く計算を終えられますが、次に処理すべきデータや一時的な作業結果を保管する「作業台」（RAM）が狭すぎるため、データ待ちが発生し、CPUの能力を十分に活かせなくなります。
結果: マルチタスク時や、Chromeのタブを大量に開くという様なRAMを多く使う作業を行う際などに、パソコンの動作が急激に重くなります。
2. ストレージ（HDD/低速SSD）
問題点: CPU、RAM、GPUがすべて高性能なのに、ストレージにHDDや低速なSSDを使用している場合。
現象: OSの起動、アプリケーションの立ち上げ、ゲームのロードなど、データを倉庫から取り出す作業の時間が極端に長くなります。
結果: 起動・ロード時間が非常に遅いため、体感的な快適さが大きく損なわれ、高性能パーツの恩恵を感じられません。
3. CPUとGPU（役割のアンバランス）
問題点: CPUは最高性能なのに、GPUが低性能（あるいはその逆）の場合。
現象: 特に3Dゲームや動画編集などで、CPUが計算を終えて「映像データをGPUに渡す準備完了！」となっても、GPUが映像化やレンダリング（描画）を担いきれず、GPUの処理待ちが発生します。
結果: GPUがボトルネックとなり、描画速度（FPS：Frames Per Second）が制限され、映像がカクカクしてしまいます。
ボトルネック回避のために
目的（ゲーム、動画編集、事務作業）に応じて、CPU、GPU、RAM、ストレージの役割と性能のバランスを適切に取ることが、最も快適なPC体験へつながりそうですね。
でも、今度は「適切なバランスはどうやって調べればいいのか」という問いが現れます
適切なバランスはどうやって調べればいいの？
実はボトルネックを調査するサイトがあります！
ここに気になるパーツのデータを入れるだけで自動的に相性を調べてくれます！
これで安心ですね！
まとめ
今回は、パソコンについて、特にパーツとそのバランスについてまとめました。
AIの利用がより活発になっていく中でも自分の中に知識を蓄えていくことの楽しさを思い出すことができました！
記事の内容に誤りがございましたら、ご指摘いただけますと幸いです！
最後まで読んでくださりありがとうございます！
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明日はでっさん さんの記事です！
どんな記事を書いてくださるか楽しみです！
