Transcript スライド

200４年4月1２日
（月）
情報コミュニケーション IIIA
第１回
コンピュータの仕組み（ハードウェア編）
はじめに
目的
情報ネットワークシステムの基礎を理解
ネットワーク構築
ネットワーク施設見学もあり(?)
授業の進め方
講義とそれにあわせた演習
評価方法
ミニレポート（宿題）
レポート(3回くらい？)
試験
講義日程
4/12
4/19
4/26
5/10
5/17
5/24
ハードウェア
ソフトウェア
プロトコル(1)
プロトコル(2)
DNSサービス
IPネットワーク
5/31
6/7
6/14
6/21
6/28
7/5
イーサネット
ネットワーク構築
施設見学(?)
セキュリティ(1)
セキュリティ(2)
予備(?)
コンピュータのしくみ
コンピュータを構成するもの
ハードウェア(hardware)
機器そのもの（周辺機器も含む）
ユーザ自身で操作可能
ソフトウェア(software)
ハードウェアを動作させるもの
（高価なコンピュータも、ソフトが無いとただの箱…..）
プログラム


OS（Windows、MacOSなどの基本ソフト）
アプリケーション（例 ワープロ、表計算、作図など）
2進数
コンピュータは電気で動作
電気信号を伝えるための簡単な方法は？
電流が流れていない（off）／流れている（on）
off と on → 0 と 1 で表現
2進数(binary number)
ビット (bit)
off on off
0 1
binary digit の略
2進数1桁のこと. またその情報量を指す
略号 → b
2進数で表現できる情報量
Nビットで表せる情報量
1ビット : 0,1 = 2通りの情報量が表現可能
2
2ビット : 00, 01, 10, 11 = 2 = 4通り
N
Nビット : 2 通り
バイト(byte)
一般的に8ビットを表す
8
1バイト = 8ビット = 2
= 256通り
略号 → B
2進数での大きさの単位
2 倍で単位が変わる（10進数で約1,000倍）
10
1km＝1000mのように1000（=10 3 ）倍ではない
メートル法の単位（m, m/s, g など）は10進数
ビット、バイトは2進数
10
だから、1KB=1,024（=2 ≒1,000）
主な単位
K（キロ）
M（メガ）
G（ギガ）
T（テラ）
P（ペタ）
10
2
20
2
30
2
40
2
50
2
= 1,024 （約1000）
= 1,048,576 （約100万）
= 1,073,741,824 （約10億）
= 1,099,511,627,776（約1兆1千億）
= …
2進数→10進数の変換
1桁増えるごとに2倍
各桁が10進数でいくつかを書き出すと楽
例： 1011001 を10進数に変換
1
2
6
0
2
5
1
2
1
4
= 64 32 16
2
8
0
3
2
4
0
2
2
2
1
1
2
0
順に2倍 していく
1
「1」である位の数を足せばよい
64×1＋32×0＋16×1＋8×1＋4×0＋2×0＋1×1
=64+16+8+1 = 89
10進数→2進数の変換
順に2で割って余りを逆順に並べる
例： 10進数 89 を 2進数に変換
89
44
22
11
5
2
1
÷
÷
÷
÷
÷
÷
÷
2
2
2
2
2
2
2
=
=
=
=
=
=
=
44
22
11
5
2
1
0
…
…
…
…
…
…
…
1
0
0
1
1
0
1
1 0 1 1 0 0 1
8進数,16進数
2進数は桁数が多く、人間には扱いにくい
何桁かをまとめて1桁として扱う
3桁→1桁: 8進数(octal number)
1桁の数は 0～7
4桁→1桁: 16進数(hexadecimal number)
1桁の数は 0～9, A, B, C, D, E, F
10, 11, 12, 13, 14, 15
2進数と8進数,16進数の変換
8,16進数→2進数
各桁をそのまま2進数に直すだけ
8進数 : 107 = 001 000 111
16進数: 4AB = 0100 1010 1011
2進数→8,16進数
下（右）から3桁もしくは4桁ごとに分割して変換
2進数: 101001110
101 001 110 = 516 （8進数）
0001 0100 1110 = 14E （16進数）
桁数が足りない場合は 0 を増やして考える
演習
i.
ii.
iii.
2進数 10110110 を8進数,10進数16進数
に変換せよ
16進数 2FA を10進数に変換せよ
10進数 2003 を2進数, 8進数, 16進数にそ
れぞれ変換せよ
コンピュータの構成要素
コンピュータ
ユーザ
（利用者）
出力
出力装置
制御装置
記憶装置
入力
入力装置
演算装置
制御（動作をコントロール）
コマンド（実行命令）、データ
入力装置
コンピュータ
ユーザ
出力装置
（利用者）
制御装置
記憶装置
入力
入力装置
演算装置
制御
コマンド、データ
ユーザからのデータを受け付け記憶装置に格納する
入力装置の種類
キーボード
マウス
位置情報の入力
→ポインティングデバイス (pointing device)
デジタイザ／タブレット
平面のパネル上でペンなどのポインタを
使って図形情報などを入力する装置
CAD (Computer Aided Design)などで利用
デジタイザ ＝ アナログデータをデジタル化する
意味から
タブレット ＝ 卓上の小型入力パネルのこと
デジタイザ
その他のポインティングデバイス
トラックボール: 手でボールを回転して位置移動
ノートパソコンのポインティングデバイス
最近はタッチパッドが多い － 薄さが重要視のため
ジョイスティック: 棒の傾きで移動方向と量を指定
ゲーム, 医療器具の遠隔操作
タッチパネル : 画面に直接指などで位置指定
銀行等にあるATMのスクリーン
PDA(Personal Digital Assistants)端末
ザウルス（SHARP）、Palm（パーム）
入力装置の例
タブレット
トラックボールの一種
キーボード
ジョイスティック
その他の入力装置
イメージスキャナ
写真や絵などをデジタルデータ化する
光を対象物にあててその反射を読み取る
CCD(Charge Coupled Device)
カメラ
CCDという光センサで画像を取り込む
→ CCDの数が性能の目安に
→ 画素数（例： 211万画素）
デジタルカメラ,デジタルビデオカメラ
その他の入力装置（つづき）
OMR(Optical Mark Reader)
マーク（マークシート等）の読み取り
OCR(Optical Character Reader)
文字の読み取り（手書き文字も可能）
バーコードリーダー
商品情報の管理 ← スーパー,コンビニ
磁気カードリーダ
キャッシュカード,クレジットカード,切符などの読取り
ICカードリーダ
乗車券(ICOCA,...), 電子マネー(Edy,...)など
出力装置
コンピュータ
ユーザ
（利用者）
出力
出力装置
制御装置
記憶装置
入力装置
演算装置
制御
処理の結果を記憶装置から受け取り
ユーザに提示する装置
コマンド、データ
ディスプレイ装置
CRT(Cathode Ray Tube)
ブラウン管を使用（テレビと同じ）
安価, 奥行きが長いなのでスペースをとる
液晶(LCD : Liquid Crystal Display)
省電力, 省スペース, 少し高価
各ドットにトランジスタを使用（TFTの場合）
大型化すると不良率が高くなる
プラズマディスプレイ
液晶に比べて大型化が容易
高価なため、業務利用（案内表示とか）が主
消費電力は大
ディスプレイ装置
プロジェクタ
映像をスクリーンに映写する装置
コンピュータと接続して画面を表示
今やプレゼンテーションに不可欠
最近では、ネットワーク接続に対応
他のコンピュータにデータ送信可能
プリンタ
インパクトプリンタ
ピンなどを紙に直接打ちうけて印刷
騒音が大きい
かつては主流
伝票などのカーボン複写紙への印刷では必要
ノンインパクトプリンタ
機械的な接触を行わないもの
今の主流 (インクジェット、レーザー）
ノンインパクトプリンタ
レーザプリンタ
レーザで感光ドラムにトナーをつけ転写
トナー：粉末のカーボン（少し高価）
コピーと同じ仕組み
インクジェットプリンタ
インクを紙に吹き付けて印刷
家庭用プリンタの主流
解像度
表示や印刷の細かさ,滑らかさの尺度
ピクセルという単位で表す
→画像を構成する点（ドット: dots）
ディスプレイ
表示できるドット（ピクセル）数で表現
VGA(640x480),SVGA(800x600),XGA(1024x768),
SXGA(1280x1024),UXGA(1600x1200)
ＱＸＧＡ(2048x1536), ＱＳＸＧＡ(2560x2048)
プリンタ
dpi(dots per inch)
1インチ(25.4mm)あたり何ドット印刷できるかを表す単位
イメージスキャナの性能をあらわすのにも用いられる
記憶装置
コンピュータ
ユーザ
（利用者）
出力
出力装置
制御装置
記憶装置
入力
入力装置
演算装置
制御
プログラムやデータを格納、
他の装置とデータのやり取りを行う
コマンド、データ
記憶装置の分類
一次記憶（主記憶）
実行中のプログラムやデータを一時的に格納
応答の速さが要求
二次記憶（補助記憶）
実行されていないプログラム,データを格納
実行中のものを退避する場合もある
記憶容量が重視される
ROM(Read Only Memory)
読み出し専用の一次記憶装置
PROM(Programmable ROM)
一度のみ書き込み可能
EPROM(Erasable PROM)
記憶内容を紫外線で消去して書き直し可能
EEPROM(Electrically EPROM)
高電圧を用いて記憶内容を消去
→フラッシュメモリ

情報消去を高速化
RAM(Random Access Memory)
随時読み書き可能な一次記憶装置
電源の供給がないと記憶内容が保持できない
DRAM(Dynamic RAM)
コンデンサに電荷を記憶 － リフレッシュが必要
集積度が高いが消費電力が高い
SRAM(Static RAM)
トランジスタを用いたフリップフロップ回路で記憶

集積度は低い
高速で消費電力は小さい

CPU内部の記憶装置（レジスタ,キャッシュメモリ）などに利用
磁気ディスク
ハードディスク
磁気のディスクを数枚重ねて高速に回転
アルミニウムやガラス製
各ディスクに対応した磁気ヘッドで情報を読み書き
20～80GBのものが安価で入手可能
フロッピーディスク
一枚の磁気ディスクをプラスチックのジャケット
に収納
合成樹脂製
ディスクの大きさと記憶密度で分類
現在一般的に用いられているのは3.5インチ2HD(1.4MB)
光ディスク（CD）
レーザ光を利用
音楽CDと同じ媒体にデータを記憶
CD-ROM
読み出し専用
650MB(74分), 700MB(80分)
書き込みが可能なもの
CD-R : 一度だけ書き込める（追記は可能）
音楽CD 、データのバックアップ
CD-RW : データを消去して書き直し可能
対応機器でないとデータが読めない場合もある
DVD（Digital Video Disk）
レーザ光を利用
DVD-ROM
片面1層4.7GB, 2層8.5GB
両面記憶可能（上記の倍の容量に）
DVD-R
追記型（一度だけ書き込み可能）
DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW
なんども書き換えが可能
メーカによって規格が異なっている
http://www.pioneer.co.jp/crdl/tech/ に詳しい情報
その他の二次記憶装置
MO（光磁気）ディスク
レーザと磁気を併用してデータを記録
書き込みには時間がかかる
容量： 120MB,230MB,540MB,640MB,1.3GB
磁気テープ装置
大容量だが順次アクセスしかできない
ハードディスクのバックアップに利用されることが多い
DAT, AIT, DLT
各種外部二次記憶装置
メモリスティック
フロッピー
CD-ROM
DVD-RAM
ハードディスク
スマートメディア
USBメモリーキー
コンパクトフラッシュ
ハードディスクアップ画像
規格
容量
回転数
型番
演算装置
コンピュータ
ユーザ
（利用者）
出力
出力装置
制御装置
記憶装置
入力
入力装置
演算装置
制御
コマンド、データ
記憶装置のデータをもとに加減乗除などの演算を行う
制御装置
コンピュータ
ユーザ
（利用者）
出力
出力装置
制御装置
記憶装置
入力
入力装置
演算装置
制御
コマンド、データ
プログラムにしたがって各装置を制御する
CPU(Central Processing Unit)
コンピュータ
ユーザ
（利用者）
出力
出力装置
制御装置
記憶装置
入力
入力装置
演算装置
制御
コマンド、データ
中央演算装置（演算装置＋制御装置）
コンピュータの頭脳といわれる部分
CPUの種類
Pentium, Celeron(Intel)
Athlon, Duron(AMD)
低価格で Intel に対抗
Crusoe（Transmeta）
低消費電力 － ノートパソコンへの利用
PowerPC(IBM,モトローラ)
Macintosh
R10000(MIPS), Alpha(コンパック)
SPARC(Sun)
ワークステーション用
CPUの処理能力
一度に演算できるデータ単位
32ビット,64ビット…
クロック数(周波数 単位 : Hz)
一秒間に何回の命令が処理できるか
パソコン用CPU : 500MHz ～ 2.4GHz（更に高速化が進
む）
キャッシュメモリ
CPU内部の高速メモリ
複数のCPUで処理能力を向上させることも
マルチプロセッサ
CPUの写真
PentiumIII 1GHz
CPU
入出力インタフェース
インターフェースとは？
異なる機器間を接続する規格
シリアルインタフェース(serial interface)
データを1ビットずつ直列に転送
一度に転送できるデータ量が少ない
しくみが単純で高速化に向く
パラレルインタフェース(parallel interface)
数ビットずつまとめて転送
一度に多くのデータを送れる
同期を取る必要があり高速化しにくい
データの転送速度
bps(bits per second)
1秒間に何ビットのデータを送れるかを表す
コンピュータネットワークの通信速度を表す場合
にもよく利用される
10進数で扱う
1kbps=1,000bps
1Mbps=1,000,000bps
シリアルインタフェースの例
RS-232C
EIA（アメリカ電子工業会）が定めた規格
モデムの接続などに利用されるが低速
USB(Universal Serial Bus)
バス形式で機器を接続するための規格
コンピュータ ⇔ キーボード，マウス，プリンタ 間の接続
転送速度:12Mbps(USB1.1), 480Mbps(USB2.0)
IEEE1394
IEEEが標準化した高速シリアルインタフェース
転送速度：100,200,300Mbpsの規格がある
FireWire, i.LINK
シリアルインタフェースの例
RS-232C
IEEE-1394
USBコネクタ
パラレルインタフェース
セントロニクスインタフェース
プリンタの標準インタフェースとして広く利用
SCSI（Small Computer System Interface）
ハードディスクやCD-ROMなどの接続
転送速度：40Mbps~320Mbps
IDE（Integrated Drive Electronics）
ハードディスクを接続するためのもの
CD-ROM等も接続できるように拡張(E-IDE)
⇒ANSI標準化されたものがATA
パラレルインタフェースの例
SCSIケーブル
セントロニクス
ケーブル
IDEケーブル
おまけ（コンピュータの中身 1）
おまけ（コンピュータの中身 2）
PCIバス
CPU
メモリ
(RAM)
IDEバス
ミニレポート
宿題の小課題をメールで提出するレポート
[email protected]
原則として締め切りは次の講義日の前日まで
今回の課題
今日の授業感想,質問
内容の理解度できたか？
わからないところは？
この講義に期待すること
その他質問等
題名：0412
スライド等は
http://www.s.osaka-gu.ac.jp/staff/nishida/lec/kwu/jc3a/