Transcript 第１章
第１章 コンピュータの歴史と構成 コンピュータ（computer）は人間の命令（プログラム）に従って， 複雑な計算やいろいろなデータ処理ができる機械（道具）であ る．主な特徴は次の３点である． ●高速計算：計算は極めて速い．１秒間に数百億以上の計 算ができる． ●正確計算：人間の命令に従って，間違えることなく正しく 計算できる． ●大容量記憶：文字や数字や音声や画像などを大量に記 憶できる． 1 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 1.1 コンピュータの発展 1946年に世界最初の電子計算 機（コンピュータ），ENIAC がアメ リカで誕生。 真空管：17,468本， 抵抗器：70,000個，コンデンサ： 10,000個等で開発された．消費 電力：150kW，体積：幅24m×奥 行0.9m×高さ2.5m，重量：30トン． 演算能力は，10桁の数の演算が でき，加算は毎秒5000回，乗算 は毎秒14回，20個の変数と300 個の定数が取り扱える． 2 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●コンピュータの４世代 第１世代は1951年から1957年 頃で，真空管が回路の論理素子と して用いられた時代である．プログ ラム言語は機械語である． 第２世代は，1958年から1963 年頃で，トランジスタやダイオー ダが論理素子として用いられた 時代である．プログラム言語はア センブリ言語である． 3 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●コンピュータの４世代 第３世代は，1964年から1979年頃で， 半導体集積技術の驚異的な進歩に よって出現したIC（集積回路）とLSI(大 規模集積回路)が採用された.BASIC言 語，FORTRAN言語などが使われる． 第４世代は，1980年代から現在に至るまで，ICはさらに 進歩し，VLSI（超大規模集積回路）の時代になった．C言 語，Pascal言語などの高級言語が主に使われる． なお，1992年から第５世代のコンピュータを目指して 研究が続けられている． 4 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 1.2 コンピュータの構成（五大装置） 中央処理装置 CPU ■中央処理装置（CPU）：コ ンピュータの「脳」にあた り，制御装置と演算装置 からなっている.プロセッ サともいう． ■主記憶装置：プログラム とデータを一時的に記憶 する装置である．メインメ モリとも呼ばれる． 演算装置 制御装置 入力装置 主記憶装置 出力装置 補助記憶装置 データの流れ： 制御信号の流れ： 5 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●五大装置のデータと制御信号の流れ 中央処理装置 CPU ■入力装置：データ，プログラ ムと命令は入力装置により入 力される．キーボード，マウス などは入力装置である． ■出力装置：処理結果は出力 装置により出力される．プリン タ，ディスプレイなどは代表的 な装置である． 演算装置 制御装置 入力装置 主記憶装置 出力装置 補助記憶装置 ■補助記憶装置：プログラム， データなどを保存する装置で ある．ハードディスク，CDROMなどが挙げられる． データの流れ： 制御信号の流れ： 6 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 1.3 コンピュータの種類 ■現在のコンピュータのアーキテクチャ（基本構造）はほとん どノイマン型である．ノイマン型コンピュータの特徴：プログ ラム（命令とデータ）を主記憶装置（メモリ）に読み込み，順 に１つずつ解読して実行していくことである． ■市販のコンピュータは次の５種類に分かられている。 ●スーパーコンピュータ（スパコン） ●汎用コンピュータ（メインフレーム） ●ワークステーション ●パーソナルコンピュータ（パソコン） ●マイクロコンピュータ（マイコン） 7 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●スーパーコンピュータ 大規模な科学技術計算に用いられる超高性 能コンピュータである．スパコンともいう。科学 技術分野で大量の繰り返し演算を高速化する ため，複数のCPUによる並列処理を行なう方 式が主流である． Fujitsuの「PRIMEPOWER HPC2500」 は，世 界最高の理論ピーク性能（1秒間に約85兆回 の演算能力）を誇り，最大16,384個のCPU（128 CPU×128ノード）まで拡張できる大規模並列 型スーパーコンピュータである． 8 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●汎用コンピュータ 汎用コンピュータとは，目的と用途を選ばず， プログラムの入れ替えにより，事務計算，科学 計算のどちらにも利用できる汎用性のあるコン ピュータのことである．集中処理，また，ホスト として使われる．メインフレームとも呼ばれ，本 体のサイズに応じて小型・中型・大型計算機に 分けられる． 企業の基幹業務システム，銀行など金融機 関の管理システム，交通機関の座席予約シス テムなどに使用されている 9 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●ワークステーション ワークステーション（WSとも略される）は，パソコンとほぼ同 程度の規模のハードウェアをもち，科学技術計算やCADやグ ラフィックデザインなどの処理能力はパソコンより高性能なコ ンピュータである．ネットワーク機能をもち，ネットワークサー バとして使用される． 1990年代前半までは，マルチウィン ドウやアイコンなどによるGUI，ネット ワーク機能の標準装備などがパソコ ンと比べた際の特徴であった．今，パ ソコンに代用されつつある． 10 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●パーソナルコンピュータ パーソナルコンピュータは一般にパソコンと呼び， PCとも略される．もとは個人用のコンピュータを指 していたが，現在ではPC/AT互換機，Windows系 の意味で使われることが多い． 現在一般的には，キーボード，マウス，ディスプ レイ，プリンタなどと組み合わせて利用される．机 上等に設置して移動させないで使用する固定型と 持ち運んで使用する可搬型に分ける．固定型には 「デスクトップ型」，「タワー型」があり，可搬型には， 「ノート型」などがある． デスクトップ型 タワー型 ノート型 11 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●マイクロコンピュータ マイクロコンピュータをマイコンともいう．超小型のコンピュー タであると考えても良い．厳密に分類すれば，次のようになる． ■マイクロプロセッサと呼ばれ，パソコンの心臓部（最低限 CPU部分）をひとつの大規模集積回路に集積したものである． ■ワンチップマイコンと呼ばれ，コンピュータに必要な機能を 1枚のチップ（IC）に統合して，コンピュータとしての機能を果す． 電気炊飯器，洗濯機など，マイコンが搭載されている．その 他に，エレベーター，自動車の燃料供給制御，携帯電話等に も使われている． 12 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 ●研究中のコンピュータ 本書はノイマン型コンピュータだけ扱っているが，ノイマ ン型アーキテクチャのほかに，いろいろなコンピュータが 第5世代のコンピュータとして研究されている． 実用に向けて進んでいるのは： ■量子コンピュータ ■ニューロンコンピュータ ■ DNAコンピュータ などが挙げられる． 13 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 なぜ，コンピュータは２進数を使っているのか？ ● ２進数に対する２つの状態を表す素子が電気・磁気上で 実現しやすい．例えば，電源OFFは“0” 電源ONは“1” に対 応できる．要するに，２進数のコンピュータは実現しやすい． ● ２進数は10進数より多くの情報量をもつ．例えば，10進数 では，両手で表せる最大異なる情報は１１である（０，１，２， …，10しか表現できない）．２進数なら，最大1024と表せる． （教科書P.13を参照） ● コンピュータの基礎理論はブール代数である．ブール代数 の変数は２値で，その値は真（1に対応）または偽（0に対 応）の２種類しかない． 14 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 コンピュータによく使う単位 10の指数 記号 名称 呼び方 1012 109 106 T G M Tera Giga Mega テラ ギガ メガ 103 10-3 10-6 K m μ Kilo milli micro キロ ミリ マイクロ 10-9 10-12 ｎ p nano pico ナノ ピコ 15 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 第１章のまとめ １．コンピュータの発展と歴史 ●コンピュータは電子計算機を指す．ENIACは世界初の コンピュータである． ●使用している素子により，４世代に分けられている． ２．コンピュータの特徴 ●高速性；●正確性；●大容量記憶性 16 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 第１章のまとめ ３．コンピュータは五大装置 ●中央処理装置（CPU）：コンピュータ制御とデータ処理 ●主記憶装置：CPUとデータやりとりする場所 ●入力装置：データの入力 ●出力装置：処理した結果の出力 ●補助記憶装置：プログラムやデータの保存 17 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 第１章のまとめ ４．ノイマン型アーキテクチャ ●現在のコンピュータはノイマン型である． ●ノイマン型の特徴： (1) プログラム（コンピュータに対する命令の集合）を記憶 装置に入力して保存しておく． (2) プログラムをメモリに読み出し，命令を1つずつ順次解 読して実行する． (3) ２進数が使われる 18 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展 第１章のまとめ 完 ５．コンピュータの種類 ●スーパーコンピュータ ●汎用コンピュータ（メインフレーム） ●ワークステーション ●パソコン ●マイコン ●その他のコンピュータ 19 コンピュータとネットワーク概論 第１章 コンピュータの歴史と発展