Transcript 授業展開＃6
小テスト解説 １．以下の10進数、２進数、16進数を、10進数、２進数、 16進数に変換せよ。但し、16進数は1-9の後はA, B, C, D, E, Fと続けて繰り上がる記数法とする。 146 （10進）＝ 10010010 （２進）＝ 92 221 （10進）＝ 11011101 （２進）＝ DD 46 （10進）＝ 101110 （２進）＝ 2E （16進） （16進） （16進） 100１（２進）＝9（16進）、0010（２進）＝2（16進） 1101（２進）＝D（16進） 10（２進）＝2（16進）、1110（２進）＝E（16進） 146÷２＝73・・・0 73÷2＝36・・・1 36÷2＝18・・・0 １８÷２＝ 9・・・0 ９÷２＝ ４・・・１ ４÷２＝ ２・・・0 ２÷２＝ １・・・0 10010010 146÷16＝ 9・・・2 221÷16＝13・・・13 D・・・D 小テスト解説 10進数113を８ビット固定長の２進数で表せ、また、 -113を１の補数表現、２の補数表現で表せ。 113 = 64 + 32 + 16 + 1 １の補数表現 ２の補数表現 10進 91 ＝２進 01110001 10進 -113 ＝２進 10001110 10進 -113 ＝２進 10001111 小テスト解説 ＣＤの規格をサンプリング周波数44.1kHz、２ch、 ダイナミックレンジ16 bit、録音時間74分間とする。 データ容量をbitおよびbyteで答え 44,100×16×２×74×60＝6,265,728,000 bit 6,265,728,000÷８＝783,216,000 byte 小テスト解説 ＶＧＡ（640×480）でRGB各８bit階調とする。１画面の データ容量をbitとbyteで答えよ。また、１秒間に30コマ の動画の場合、この画像５分間のデータは何 kbyte になるか。（１５） ８ x ３ x ６４０ x ４８０ = 7,372,800 bit = 921,600 byte = 900 x 210 byte = 900 kbyte 900 kbyte ×３０×5×６０ = 8,100,000 kbyte 小テスト解説 符号語集合体（011000, 101111, 110222）が ある。最小符号語間距離dminはいくらか。また、 符 号 語 111001 は 、 ど の 符 号 に 訂 正 さ れ る か。 最小符号語間距離dmin ＝ ５ 111001 → 011000 dmin＝２ ○ 101111 dmin＝３ 110222 dmin＝４ 小テスト解説 x y NOT y x OR y 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 (NOT y) OR (x OR y) 1 1 1 1 授業展開＃６ コンピュータの構造１ （構成と規格、外部記憶装置） コンピュータの構成 本体 ディスプレイ キーボード マウス プリンタ コンピュータの基本要素 ① ② ③ 処理装置：ＣＰＵ（演算・制御・レジスタ） 記憶装置：メモリ 入出力装置（I/O装置） 入力装置：キーボード、マウスなど 出力装置：ディスプレイ、プリンタなど 本体の中身 ＣＰＵ（Central Processing Unit）（中央処理装 置） メインメモリ（主記憶） バス（通信線： bus） ＣＰＵ バス メモリ ＣＰＵの機能 記憶装置：メインメモリより高速。レジスタ 演算装置：計算・判断をおこなう。ALU 制御装置：各装置に指示をする基本動作を管理。CU クロック：CPUの動作基準となる時間の単位。 CPUの処理する各命令は、この1クロックの 整数倍の処理時間で必ず実行される。 １ＧＨｚ（１０億／秒）。 クロックシグナル ＣＰＵ レジスタ 特殊レジスタ 特別の目的で用いる。 プログラムカウンタ（PC） 一連の命令において、次に実行すべき 命令のメモリアドレスを記憶 汎用レジスタ 一時的なデータの記憶に用いる。 ＣＰＵの構造 メインメモリ ＣＰＵ 命令キャッシュ プログラム領域 命令フェッチユニット よく使用される命令 命令キャッシュのアドレス を指定して、命令を取り出す 命令デコーダ 命令を解読する 演算ユニット 演算処理 データ領域 データキャッシュ レジスタ群 ＣＰＵの命令実行サイクル ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 命令ＦＥＴ（Ｆｅｔｃｈ）：命令を取り出す ＤＥＣ(Decode)：取り込まれた命令を変換 ＡＤＲ(Address)：オペランドのアドレスを指定 オペランドＦＥＴ：オペランドデータを取り出す ＥＸＥ(Execute)：演算処理 ＷＲＢ(Write back)：演算結果をデータキャッシュ もしくはレジスタに書き込む。 命令１つを処理するのに６クロックかかる。 オペランド：コンピュータプログラミングにおいて、演算の対象となる値や変数のこと 処理速度 ＭＩＰＳ １ＭＩＰＳは１秒間に１００万回の命令処理能力がある ことを示す。実際のアプリケーションを使った実用的 な性能指標として SPECint などのベンチマークが 標準化され、MIPS値はほとんど使われなくなった。 ＦＬＯＰＳ １ＭＦＬＯＰＳは１秒間に１００万回の浮動小数点演算 ができることを示す。富士通では2010年までに 3PFLOPSを超えるスパコンの開発を目指している。 ペタ（P)：１０１５を表す接頭辞 処理速度の例 CPU の MIPS 値（クロックMHz) MIPS Intel 社 0.4 8086(5) 0.6 80186(8) 1.0 Motorora 社 １６ビット 68000 1.5 80286(8) 4.0 80386(16) 4.5 V60 68020(33) V70 80386(33) 9.0 ３２ビット 68030(33) 10 V80 13.5 17 １６ビット 68010 6.6 8.0 NEC 社 68040(33) 80486(25) ３２ビット SPEC Standard Performance Evaluation Corporation（標準性能評価法人） SPECint：整数演算の性能を評価 SPECfp：浮動小数点数演算の性能を評価 コンピュータのハードウェアやソフトウェアの 処理速度を計測する試験をベンチマークと言 う。試験用に作成されたソフトウェアを実行し、 処理の完了までにかかる時間を計測すること で、製品間の比較を行なう。 メモリ メインメモリ ：プログラムやデータを格納する。 速い。電源を切ると内容は消滅。 ハードディスク：プログラムやデータを格納する。 遅い。電源を切っても内容は保存。 キャッシュメモリ：高速なメモリ。 メインメモリとＣＰＵを橋渡しする。 仮想記憶 ：メインメモリが不足するときに ハードディスクをメインメモリの ように使用。 メモリ Access Memory 電源を切ると内容が消える（揮発性）。書き込 み可能。 ＲＯＭ：Read Only Memory： あらかじめ情報が書き込まれている。電源を 切っても情報は消えない（不揮発性）。 書き込みはできない。 ＲＡＭ：Random ＲＡＭの分類 ＤＲＡＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ １セル～トランジスタ（１）＋コンデンサ（１） 回路が単純で安価、大容量化容易 リフレッシュ(コンデンサへの電荷の供給)が必要 ＰＣのメインメモリー用 ＳＲＡＭ：Ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ １セル～トランジスタ（４～６） リフレッシュ不要、高速 高集積困難、高価 キャッシュメモリー用 ＤＲＡＭの分類 非同期ＤＲＡＭ（旧製品） 同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）：外部バスインター フェースが一定周期のクロック信号に同期し て動作するよう改良されたDRAM 。 ＳＤＲＡＭ ～１３３Ｍｂｐｓ ＤＤＲ ２００～４００Ｍｂｐｓ ＤＤＲ２ ４００～８００Ｍｂｐｓ ＤＤＲ３ ８００～１６６７Ｍｂｐｓ（検討中） メモリ ＣＰＵ （レジスタ） 一次キャッシュ メインメモリ 二次キャッシュメモリ ハードディスク （仮想メモリ） ＲＯＭ ペンティアム３以降は、２次キャッシュまで 含めてＣＰＵチップの中に入っている。 外部記録装置 ＦＤ、ＭＯ、ＣＤ－Ｒ ＤＶＤ バス データバス：データの通り道 幅：信号線の数、８、１６、３２ビット データ転送速度＝バス幅×クロック周波数 例：１６ビット×１０ＭＨｚ＝１６０×１０６ビット／秒 ＝２０×１０６Ｂ／秒 ＬＡＮやＵＳＢなどの表示：８Ｍｂｐｓ、１０Ｍｂｐｓなど アドレスバス：ＣＰＵがメモリ番地を指定するためのバス このサイズにより制御できるメモリーサイズが変化する。 １６ビット：２１６＝６４ｋＢ ２４ビット：２２４＝１６ＭＢ（８０２８６） ３２ビット：２３２＝４ＧＢ（８０３８６以降） 仕様の例 CPU CPU インテル(R) Core(TM) 2 Duo プロセッ サー T7250 (2GHz)*47(拡張版 Intel SpeedStep(R) テクノロジー搭載*3) キャッシュ 1 インストラクション用32KB×2/デー メモリ 次 タ用32KB×2 2 2,048KB 次 バスク ロック システムバス メモリバス チップセット インテル(R) Celeron(R) プ ロセッサー 530 (1.73GHz) インストラクション用 32KB/データ用32KB 1,024KB 800MHz 533MHz 667MHz ATI Radeon(TM) Xpress 1250/SB600 メインメモ 標準容量／ リ*7 最大容量 スロット数 1GB*8(DDR2 SDRAM/On Board 512MB＋SO-DIMM 512MB、デュアルチャネル対応、PC2-5300対応)／4GB 2スロット[空き1] 補助記憶装置 ＦＤ：２Ｄ、２ＤＤ、２ＨＤ、８インチ、５インチ、３．５インチ ＨＤＤ：数ＭＢ～１００ＧＢ、５４００、７２００回転／分 ＣＤ－ＲＯＭ：６４０ＭＢ ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）：４．７ＧＢ（片面１層 の場合） ＤＶＤ－ＲＯＭ：読み出しのみ ＤＶＤ－Ｒ：１回のみ書き込み可能 ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ：複数書き込 み可能 ＭＯ（Magnetic Optical）：１２８ＭＢ、２３０ＭＢ、６４０ ＭＢ、１．３ＧＢ、２．３ＧＢ インタフェース シリアルインタフェース データを１ビットずつ送るインタフェース ＲＳ－２３２Ｃ：モデムなど ＩＥＥＥ１３９４：マルチメディア ＩｒＤＡ：赤外通信 ＵＳＢ：キーボード、マウスなど パラレルインタフェース 一度に８ビット同時に送るインタフェース ＳＣＳＩ（スカジー）：ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ ＩＤＥ：内蔵ＨＤＤ セントロニクス：プリンタ 演習 コンピュータの基本要素を示せ。 ＣＰＵの２つの機能を示せ。 バス幅３２ビット、クロック数800ＭＨｚの時の 転送速度はいくらか。 音楽用ＣＤの記録容量は６４０ＭＢである。転 送速度１５０ｋＢ／秒の場合録音時間は何分 間か。