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物理実験I - 情報実験第6回 PCのハード的仕組み 前坂 たけし（北大院・理） [email protected] ハードってナニ？ Introduction ハードウェア(Hardware) コンピュータを構成している電子回路や周辺機器など の物理的実体 参考：ソフトウェア(software) • コンピュータを動作させる手順・命令をコンピュータ が理解できる形式で記述したもの • 物理的実態をもたない コンピューターを使うためには， 「ハードウェア」と「ソフトウェア」 の両方が必要不可欠！ Introduction What’s PC ? Personal Computer パソコン 個人用のコンピュータ 例：PC-9801，Macintosh，FM-TOWNS, X-68000，etc... 最近は「PC/AT互換機」の意味で 使われることが多い！ だって，最近ほとんどのPCが 「PC/AT互換機」なんだもん… What’s PC/AT互換機 ? IBM社が1984年に発売したパソコン「PC/AT」と 互換性のあるパソコン Personal Computer/Advanced Technology 内部仕様の多くが公開されたため，互換製品が 各社から発売 Defuct Standard ? DOS/Vマシン？ Introduction Introduction What’s DOS/V ? 1990年に日本アイビーエム社が発売 した、PC/AT互換機で動作するOS Microsoft社の「MS-DOS」というOS に日本語機能を追加 世界標準規格であるPC/AT互換機 で日本語が扱えるようになったので， 海外の安いPC/AT互換機が大量に 日本市場に流入 日本では… DOS/Vマシン = DOS/V搭載パソコン ≒ PC/AT互換機 情報実験機 johoXX 世界標準となってしまった， PC/AT互換というアーキテク チャの思想に従って，EPnetFaN 有志により組み立てられた自作 パソコン 簡単に部品をバラすことができ るので，PCのハード的仕組みを 学習しやすい 実際に，分解・組み立てを体験し てみませう！ Introduction おしながき Introduction PCのハードに必要な機能とは？ 各部品の概要 マザーボード(BIOS，チップセット，バス) 入力装置(キーボード，マウス) 出力装置(ビデオカード) 処理装置(CPU) 記憶装置(RAM，HDD, CD-ROM, FD) その他(NIC，SCSI，USB) まとめ 参考文献 Introduction ある日の仕事 PCのハードに必要な機能と は？ 入力機能 • プログラムの実行を確認 • 目くるめく世界を表示する 出力機能 • フロッピーディスクに保存する 記憶機能 • プログラムを実行する 処理機能 今日は，明日締め切りの情報実験のレポー トを書いた．まず，ネットスケープを起動し， レポート投稿システムの画面を開いた．でも， 先週は自主休講したので，さっぱりわからな い．とりあえず，既に提出されているレポー トを写して提出することにした．まだキー ボードに慣れていないので，遅々として入力 が進まない．目が疲れたので，ある秘密の ホームページにアクセスして，目の保養をす ることにした．目くるめく世界が画面に表示 された．あまりにも有益な写真が表示された ので，持参したフロッピーディスクにその写 真を保存した．今日はいい日だった． • ネスケのアイコンをクリックする • レポートを入力する PCのハードに必要な機能と は？ まとめると 結合・調整 入力 特殊機能 （ネットワーク機 能） 処理 記憶 出力 特殊機能 （サウンド機能） 実際の装置 PCのハードに必要な機能と は？ ◎入力装置 キーボード，マウス，スキャナ，タッチパネル，などなど ◎出力装置 ディスプレイ，ビデオカード，プリンタ，などなど ◎処理装置 CPU ◎記憶装置 半導体メモリ，ハードディスク，フロッピーディスク，CD-ROM，などなど ◎特殊な機能を実現するための装置 ネットワークカード，サウンドカード，SCSIカード，などなど ◎以上の機能を結合・調整する装置 マザーボード（チップセット） マザーボード マザーボード(Mother board) 機能を追加する手段を用意する CPUスロット メモリスロット 各機能を調整する ディスクを接続する ISAバス マザーボード Industrial Standard Architecture Bus IBM社のパソコンであるPC/ATで採用されたバスを， IEEEが標準化 最大データ転送速度 が8MB/sと遅く，現在ではレガシー なバスである．（現在はPCIバスが主流） 情報実験機では1つのバススロットがあるが，使われて いない． PCIバス マザーボード Peripheral Components Interconnect Bus 高速にデータ転送が可能 このスロットに，特別な機能を持ったカードを挿すことに より機能を追加 情報実験機のPCIバスには，ネットワークカード，ビデオ カード，サウンドカードが追加されている AGPバス マザーボード Accelerated Graphics Port ビデオカード専用バス PCIバスよりも高速 情報実験機のビデオカードはPCIバスに接続されている ので，AGPバスは使用しない チップセット マザーボード コンピュータ内部で、CPUやRAM、拡張カードなどの間の データの受け渡しを管理する一連の回路群 データの交通整理屋さん 最近は，数個のLSIで構成される．（以下の絵は情報実 験機での例） 82440BXの例 PCI SYSTEM BIOS AGP ISA CPU IDE メモリ USB 入力装置 人間の意志をコンピューターに伝える装置 キーボード マウス 入力装置 キーボード みなさんの目の前にありますね？ 入力装置 入力装置 マウス みなさんの目の前にありますね？ 出力装置 処理結果を人間に伝える装置 ディスプレイ ビデオカード 出力装置 ディスプレイ みなさんの目の前にありますね？ 出力装置 ビデオカード 画面表示機能を追加する拡張カード 画像の作画を行うチップ（ビデオチップ） アナログデータへの変換を行うチップ（RAMDAC） 画面イメージを保持するためのメモリ(VRAM) 出力装置 処理装置 ソフトウェアを解釈し，処理を実行する装置 CPU 処理装置 処理装置 CPU CPU(Central Processing Unit) 1回の命令で同時に処理できるデー タの量や，1秒間に 実行できる命令の回数が高いほど高機能． 情報実験機の場合 Intel社 Pentium III 処理データ幅： 32bit 内部クロック：450MHz データバス幅：64bit 外部クロック：100MHz 記憶装置 記憶装置 入力・出力データ，処理結果やプログラム（ソフトウェア） を書き込み・読み込みする装置 主記憶装置（メインメモリ） 外部記憶装置（ディスクドライブ） 主記憶装置（半導体メモリ） 記憶装置 半導体素子を利用して電気的に記録を行う 電源を落とすと，記録内容は消滅 動作が高速で，CPUから直接アクセスできる 単位容量あたりの価格が高いため大量には使用できない 多ければ多いほど，大量のデータ処理が可能になる SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory) 容量：128バイト 外部記憶装置 記憶装置・外部記憶装置 磁気的・光学的手段によりデータやプログラムを記憶する 装置 電源を供給しなくても記録が消えないけれど低速 CPUから直接アクセスできない（一度主記憶装置に読み 込む必要がある） 接続は，IDEまたはSCSIによるものが主流 ハードディスク フロッピーディスク CD-ROM 記憶装置・外部記憶装置 ハードディスク 磁性体を塗布した円盤を高速に回転させ，磁気ヘッドを近 づけてデータを読み書きする． 磁気ヘッドと円盤の間は10-6m以下 セクタ 振動に弱い シリンダ ディスク フロッピーディスク 記憶装置・外部記憶装置 磁性体を塗布した円盤を磁気ヘッドを近づけてデータを読 み書きする． ディスクは取り外しが可能 メディアが安価なため古くから使用されている． フロッピーディスクドライブ CD-ROM 記憶装置・外部記憶装置 ディスクにレーザー光を当て，光学的にデータを読み取る 普通は読み込みのみで，書き込むことはできない マルチメディア時代の寵児？ IDE Integrated Device Electronics PC/AT互換機用のハードディスクインターフェース 最近は，CD-ROM，MOなども接続可能(ATAPI) 1本のケーブルで，2台まで接続可能(Master, Slave) 情報実験機マザーボードでは2本のケーブルが接 続可能(Primary, Secondary) 記憶装置 特別な機能をもつ装置 特別な機能を装置 マザーボードのバススロットに装着することにより，特別 な機能を提供 ネットワークカード サウンドカード SCSIカード USB（最近はマザーボード上にあることが多い） ネットワークカード 特別な機能を装置 サウンドカード 特別な機能を装置 まとめ まとめ PCのハード的構造 ◎入力装置 キーボード，マウス，スキャナ，タッチパネル，などなど ◎出力装置 ディスプレイ，ビデオカード，プリンタ，などなど ◎処理装置 CPU ◎記憶装置 半導体メモリ，ハードディスク，フロッピーディスク，CD-ROM，などなど ◎特殊な機能を実現するための装置 ネットワークカード，サウンドカード，SCSIカード，などなど ◎以上の機能を結合・調整する装置 マザーボード（チップセット） 参考文献 渡邉郁郎．AT互換機のチップセット．エーアイ出版．pp503 渡邉郁郎．AT互換機のBIOS．エーアイ出版．pp503 YAHOO! コンピュータ用語辞典 http://computers.yahoo.co.jp/dict/ IBM Computer Museum http://www.ibm.co.jp/event/museum/entrance.html ASUS. P3B-F Motherboard Manual ftp://ftp.asus.com/pub/ASUS/mb/slot1/440bx/p3b-f/p3bf-104.pdf 参考文献