この章のゴール
コンピュータは「電子」を動かして計算していることを理解する。
最終的には次の流れをイメージできるようになる。
電子
↓
電流
↓
トランジスタ
↓
論理回路
↓
CPU
なぜ電子から学ぶのか
CPUは非常に複雑な装置に見えるが、一番下まで分解すると
電子を動かしているだけ
である。
つまり
WordPress
↓
PHP
↓
C言語
↓
CPU命令
↓
CPU
↓
トランジスタ
↓
電子
となる。
原子とは
世界中の物質は
原子
からできている。
例えば
- 鉄
- 銅
- 金
- 酸素
- 水素
すべて原子でできている。
原子の構造
原子は次のような構造になっている。
電子
○
○ ○
＋
原子核
○ ○
○
- 中心：原子核
- 周囲：電子
電子とは
電子とは
マイナスの電荷（電気）を持った非常に小さな粒子
である。
特徴
- 非常に小さい
- マイナスの電荷を持つ
- 動くことができる
電子そのものが重要なのではなく、
電子が動くこと
がコンピュータでは重要になる。
電流とは
電子が動くと
電流
になる。
電子が止まっている状態
○ ○ ○ ○ ○ ○
電子は存在しているが、
流れていない。
つまり
電流は流れていない。
電子が動いている状態
○→○→○→○→○
電子が移動している。
これを
電流
という。
つまり
電子が流れる
↓
電流
となる。
電圧とは
電圧とは
電子を動かそうとする力（電位差）
である。
山で例える
ボールは
高い場所
↓
低い場所
へ転がる。
電気も同じで
高い電位
↓
低い電位
へ電子が動く。
この
高さの差
が
電圧である。
なぜ電気が流れるのか
電圧があるから。
例えば乾電池。
＋
│
│
－
プラスとマイナスには
電位差（電圧）
がある。
そのため電子は動こうとする。
電子が動く
↓
電流になる
水道で例える
| 水道 | 電気 |
|---|---|
| 水 | 電子 |
| 水が流れる | 電流 |
| 水圧 | 電圧 |
| 細いホース | 抵抗 |
つまり
水圧がある
↓
水が流れる
と同じように
電圧がある
↓
電子が流れる
となる。
CPUの中では何が起きている？
CPUの中には
数十億個のトランジスタがある。
そこで
電子が流れる
↓
トランジスタON
または
電子が流れない
↓
トランジスタOFF
となる。
CPUは
このON/OFFを毎秒数十億回繰り返している。
つまり
CPUは
電子を制御して計算している装置
である。
この章で覚えること
| 用語 | 本質 |
|---|---|
| 原子 | 物質を構成する基本単位 |
| 電子 | マイナスの電荷を持つ粒子 |
| 電流 | 電子が流れること |
| 電圧 | 電子を動かそうとする力（電位差） |
| 導体 | 電子が流れやすい物質（銅など） |
| CPU | 電子の流れを利用して計算する装置 |
次章
次は
トランジスタ
を学ぶ。
トランジスタは
「電子を流す・止める」
だけの部品である。
しかし、
その単純なスイッチを数十億個組み合わせることで、
CPUがどのように
- 足し算
- 比較
- if文
- WordPress
まで実現しているのかを理解していく。