3.6ハードウェア

これまでの節で扱ったCPUや主記憶、OSといった仕組みは、最終的には目に見える物理的な機器＝ハードウェアの上で動いています。パソコンのような身近な機器から、家電の中に組み込まれた小さなコンピュータ、周囲を感知するIoTデバイスまで、幅広いハードウェアの種類と、それらを支える記憶装置・入出力装置の基礎を学びます。

3.6.1コンピュータの種類と入出力装置

• サーバ＝他のコンピュータ（クライアント）にサービスを提供する専用のコンピュータ。組み込みシステム＝家電・自動車等の機器の中に組み込まれ、特定の機能に特化して動作するコンピュータ（普段は意識されない）。用途に応じてデスクトップ・ノートパソコン・サーバ・組み込み機器など様々な形態がある。
• 入力装置＝コンピュータへ情報を取り込む機器（キーボード・マウス・スキャナ・マイク等）。出力装置＝コンピュータの処理結果を人が受け取れる形にする機器（ディスプレイ・プリンタ・スピーカー等）。両方の役割を兼ねる入出力装置にはタッチパネルなどがある。

3.6.2記憶装置・電気電子回路・IoTデバイス・省電力

• HDD（ハードディスクドライブ）＝円盤（磁気ディスク）を回転させて磁気的にデータを読み書きする記憶装置。大容量・比較的安価だが、機械的な駆動部があるためSSDより低速で衝撃に弱い。SSD（ソリッドステートドライブ）＝半導体メモリにデータを保存する記憶装置。可動部が無く、HDDより高速・軽量・衝撃に強いが、一般に単価は高め。
• 電気電子回路の基礎＝電流・電圧・抵抗といった量の関係（オームの法則：電圧＝電流×抵抗）や、電流を流す導体・流さない絶縁体の区別など、ハードウェアの動作を支える基本的な物理法則。
• IoT（Internet of Things）デバイス＝インターネットにつながる「モノ」の総称。センサ＝温度・光・人の動き等、周囲の状態を感知してデータ化する部品。アクチュエータ＝受け取った指示に応じて、モーター等を動かし物理的に働きかける部品（センサとアクチュエータが対になって「感知して動く」IoTデバイスが実現する）。
• 省電力＝機器の消費電力を抑える工夫（使っていない時間帯に自動でスリープ状態へ移行する等）。バッテリー駆動時間の延伸や環境負荷の低減につながる。

スマート家電（エアコン）の仕組みを例に、ハードウェアの各要素がどうつながるかを見てみましょう。このエアコンの内部には、特定の機能に特化して動作する小さなコンピュータである組み込みシステムが搭載されており、汎用的なパソコンのような柔軟性はありませんが、温度調節という限られた仕事を確実にこなします。室温を測るために内蔵されたセンサが周囲の温度を感知してデータ化し、そのデータは家庭内のネットワークを経由してインターネット上のサーバ（あるいはクラウド上のサービス）へ送られます。利用者がスマートフォンのアプリで「room設定温度を24度にする」と操作すると、その指示がサーバを経由してエアコンへ届き、内部のアクチュエータ（モーターやコンプレッサーの駆動部）が実際に風量や冷房の強さを物理的に調整します。このようにセンサで感知しアクチュエータで働きかける一連の仕組みが、エアコンをIoTデバイスとして成立させています。エアコンの運転履歴や設定を長期間記録しておく場合、機械的な駆動部を持つHDDよりも、衝撃に強く高速なSSDを内蔵したサーバ側で保存する構成が一般的です（HDDは大容量を安く確保したい用途に向き、SSDは速度や耐久性を重視する用途に向くというすみ分けがあります）。エアコン自体も、誰もいない部屋では自動的に消費電力を抑える省電力モードに切り替わるよう設計されており、これは電流・電圧・抵抗といった電気電子回路の基本的な性質を踏まえて、必要最小限の電力で動作するよう制御されています。利用者がリモコン（入力装置）で操作した内容は、本体のディスプレイ（出力装置）に現在の設定温度として表示され、人が結果を確認できるようになっています。

3.6.3この節のまとめ

• サーバはサービス提供側、組み込みシステムは特定機能に特化した小型コンピュータ
• HDD=磁気ディスク回転（大容量・安価）・SSD=半導体メモリ（高速・軽量・耐衝撃）
• IoTデバイスはセンサ（感知）とアクチュエータ（物理的に働きかける）の組み合わせ。省電力で消費を抑える