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）

200 ４年 4 月 1 ２日（月）

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 ハードウェア4/19 ソフトウェア4/26 プロトコル (1)5/10 プロトコル (2)5/17 DNS サービス5/24 IP ネットワーク

5/31 イーサネット6/7 ネットワーク構築6/14 施設見学 (?)6/21 セキュリティ(1)6/28 セキュリティ(2) 7/5 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)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

on

off off0 1

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 ビット : 00, 01, 10, 11 = 2 　 = 4 通りN ビット : 2 通り

バイト (byte)一般的に 8 ビットを表す1 バイト = 8 ビット = 2

= 256 通り略号 → B

2

N

8

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）

1km ＝ 1000m のように 1000 （ =10 ）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　　　だから、 1KB=1,024 （ =2 1,000≒ ）

主な単位K （キロ） 　 2 = 1,024 （約 1000 ）M （メガ） 　 2 = 1,048,576 （約 100 万）G （ギガ） 　 2 = 1,073,741,824 （約 10 億）T （テラ） 　 2 = 1,099,511,627,776 （約 1 兆 1 千億）P （ペタ） 　 2 = …

20

30

40

10

10

3

50

10

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 」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

1 0 1 1 0 0 1

順に 2 倍 していく2 2 2 2 2 2 26 5 23 14 0

= 64 32 16 8 4 2 1

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

1 0 1 1 0 0 1

89 ÷ 2 = 44 … 144 ÷ 2 = 22 … 022 ÷ 2 = 11 … 011 ÷ 2 = 5 … 1 5 ÷ 2 = 2 … 1 2 ÷ 2 = 1 … 0 1 ÷ 2 = 0 … 1

例：　 10 進数　 89 を 2進数に変換

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 11116 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. 2 進数 10110110 を 8 進数 ,10 進数 16進数に変換せよ

ii. 16 進数 2FA を 10 進数に変換せよiii. 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

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

演算装置

ユーザ（利用者）

制御（動作をコントロール）

コマンド（実行命令）、データ

コンピュータ

入力

出力

入力装置

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

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

ユーザ（利用者）

コンピュータ

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

キーボードトラックボールの一種

タブレット

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

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

演算装置

制御 コマンド、データ

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

ユーザ（利用者）

コンピュータ

出力

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

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

演算装置

制御 コマンド、データ

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

ユーザ（利用者）

コンピュータ

出力

入力

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

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

DVD （ Digital Video Disk ）

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

フロッピー

ハードディスク

CD-ROM

スマートメディア

コンパクトフラッシュ

DVD-RAM

メモリスティック

各種外部二次記憶装置

USB メモリーキー

ハードディスクアップ画像

型番

容量

回転数

規格

演算装置

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

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

ユーザ（利用者）

コンピュータ

出力

入力

制御装置

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

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

ユーザ（利用者）

コンピュータ

出力

入力

CPU(Central Processing Unit)

出力装置

入力装置

記憶装置

制御装置

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

ユーザ（利用者）

コンピュータ

出力

入力

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)

IEEE1394IEEE 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

IDE ケーブル

SCSI ケーブル

セントロニクス　　ケーブル

おまけ（コンピュータの中身 1 ）

メモリ(RAM)

CPU

IDE バス

PCI バス

おまけ（コンピュータの中身 2 ）

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nishida-jc3a@s.osaka-gu.ac.jp

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/