小テスト解説
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小テスト解説小テスト解説 1010 進数進数 9191 を8ビット固定長の2進数で表せ、まを8ビット固定長の2進数で表せ、ま
た、―た、― 9191 を1の補数表現、2の補数表現で表せ。を1の補数表現、2の補数表現で表せ。(15)(15)
91 = 64 + 16 + 8 + 2 + 1 91 = 64 + 16 + 8 + 2 + 1
1010 進 進 91 91 =2進 =2進 0101011011011011
1の補数表現 1の補数表現 1010 進 ―進 ― 91 91 =2進 =2進 1010010101001000
2の補数表現 2の補数表現 1010 進 ―進 ― 91 91 =2進 =2進 1010010101001011
小テスト解説小テスト解説 CDの規格をサンプリング周波数CDの規格をサンプリング周波数 44.1kHz44.1kHz 、2、2
chch 、ダイナミックレンジ、ダイナミックレンジ 16 bit16 bit 、録音時間、録音時間 7474分間とする。データ容量を分間とする。データ容量を bitbit およびおよび bytebyte で答で答えよ。(10)えよ。(10)
44,100×16×44,100×16× 22 ×74×60×74×60 == 6,265,728,000 bit6,265,728,000 bit
6,265,728,000÷6,265,728,000÷ 8=8= 783,216,000 byte783,216,000 byte
加法混色において加法混色において RR 、、 GG 、、 BB 各4ビットとす 各4ビットとすると表現できる色の数はいくつか?(5)ると表現できる色の数はいくつか?(5)
2244 ×× 2244 ×× 2244=2=21212=4,096色=4,096色
小テスト解説小テスト解説 VGA(VGA( 640×480640×480 )で)で RGBRGB 各8各8 bitbit 階調とする。階調とする。
1画面のデータ容量を1画面のデータ容量を bitbit とと bytebyte で答えよ。また、で答えよ。また、1秒間に1秒間に 3030 コマの動画の場合、この画像5分間のコマの動画の場合、この画像5分間のデータは何 データは何 kbyte kbyte になるか。(15)になるか。(15)
8 8 x x 3 3 x x 640 640 x x 480 480 = 7,372,800 bit= 7,372,800 bit = 921,600 byte= 921,600 byte = 900 x 2= 900 x 210 10 bytebyte = 900 kbyte= 900 kbyte
900 kbyte ×900 kbyte × 3030 ×5××5× 60 60 = 8,100,000 kbyte= 8,100,000 kbyte
小テスト解説小テスト解説
x y NOT xNOT x x AND yx AND y (NOT x) OR (x AND y)(NOT x) OR (x AND y)
0011
0101
1100
0001
1101
コンピュータの5大機能コンピュータの5大機能①① 制御装置:CPU制御装置:CPU②② 演算装置:CPU演算装置:CPU③③ 記憶装置:メモリ記憶装置:メモリ④④ 入力装置:キーボード、マウスなど入力装置:キーボード、マウスなど⑤⑤ 出力装置:ディスプレイ、プリンタな出力装置:ディスプレイ、プリンタな
どど
本体の中身本体の中身 CPU(CPU( Central Processing UnitCentral Processing Unit )(中央処理装)(中央処理装
置)置) メインメモリ(主記憶)メインメモリ(主記憶) バス(通信線)バス(通信線) CPU
メモリ
バス
CPUの機能CPUの機能 記憶装置記憶装置:メインメモリより高速。レジスタ:メインメモリより高速。レジスタ 演算装置演算装置:計算・判断をおこなう。:計算・判断をおこなう。 ALUALU 制御装置制御装置:各装置に指示をする。:各装置に指示をする。レジスタレジスタ:1回に処理できる情報量:1回に処理できる情報量 8、16、32、64ビット 8、16、32、64ビットクロッククロック:: CPUCPU の動作基準となる時間の単位。の動作基準となる時間の単位。 CPUCPU の処理する各命令は、このの処理する各命令は、この 11 クロックロッ
クの 整数倍の処理時間で必ず実行される。クの 整数倍の処理時間で必ず実行される。 1GHz(10億/秒)。 1GHz(10億/秒)。
CPUクロックシグナル
CPUの構造CPUの構造
プログラム領域
メインメモリ
データ領域
命令キャッシュ
命令フェッチユニット
命令デコーダ
演算ユニット
データキャッシュレジスタ群
CPU
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
命令を解読する
演算処理
CPUの命令実行サイクルCPUの命令実行サイクル①① 命令FET(Fetch):命令を取り出す命令FET(Fetch):命令を取り出す②② DECDEC (Decode)(Decode) :取り込まれた命令を変換:取り込まれた命令を変換③③ ADRADR (Address)(Address) :オペランドのアドレスを指定:オペランドのアドレスを指定④④ オペランドFET:オペランドデータを取り出すオペランドFET:オペランドデータを取り出す⑤⑤ EXEEXE (Execute)(Execute) :演算処理:演算処理⑥⑥ WRBWRB (Write back)(Write back) :演算結果をデータキャッ: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。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。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
CPU(8086)のレジスタCPU(8086)のレジスタ
AH AL
BH BL
CH CL
DH DL
コード・セグメント CS
フラグ・レジスタ F
データ・セグメント DS
エクストラ・セグメント ES
スタック・セグメント SS
ベース・ポインタ BP
ソース・インデックス SI
デスティネイト・インデックス DI
インストラクション・ポンタ IP
スタック・ポインタ SP
アキュームレータ AX
ベース・レジスタ BX
カウント・レジスタ CX
データ・レジスタ DX
主レジス
タ
セグメントレジス
タ
ポインタ/インデッ
クス・レジス
タ
処理速度処理速度 MIPSMIPS 1MIPSは1秒間に100万回の命令処理能力が 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 実用的な性能指標として SPECint SPECint などのベンチなどのベンチマークが標準化され、マークが標準化され、 MIPSMIPS 値はほとんど使われな値はほとんど使われなくなった。くなった。
FLOPSFLOPS 1MFLOPSは1秒間に100万回の浮動小数点 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。富士通では演算ができることを示す。富士通では 20102010 年まで年までにに 3PFLOPS3PFLOPS を超えるスパコンの開発を目指していを超えるスパコンの開発を目指している。る。
ペタ( ペタ( P)P) :10:101515を表す接頭辞を表す接頭辞
MIPS Intel 社 Motorora 社 NEC 社
0.4 8086(5)
0.6 80186(8)
1.0 68000
1.5 80286(8) V60
4.0 80386(16) 68010
4.5 68020(33)
6.6 V70
8.0 80386(33)
9.0 68030(33)
10 V80
13.5 68040(33)
17 80486(25)
処理速度の例処理速度の例CPU の MIPS 値(クロック MHz)
16ビット
16ビット
32ビット
32ビット
SPEC SPEC
Standard Performance Evaluation CorporatioStandard Performance Evaluation Corporationn (標準性能評価法人) (標準性能評価法人)
SPECintSPECint :整数演算の性能を評価:整数演算の性能を評価 SPECfpSPECfp :浮動小数点数演算の性能を評価: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。を計測することで、製品間の比較を行なう。
メモリメモリ メインメモリメインメモリ :プログラムやデータを格納する。 :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。 速い。電源を切ると内容は消滅。
ハードディスクハードディスク:プログラムやデータを格納する。: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。 遅い。電源を切っても内容は保存。
キャッシュメモリキャッシュメモリ:高速なメモリ。:高速なメモリ。 メインメモリとCPUを橋渡しする。 メインメモリとCPUを橋渡しする。
仮想記憶仮想記憶 :メインメモリが不足するときに :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 ハードディスクをメインメモリ
のの ように使用。 ように使用。
メモリメモリ RAMRAM:: Random Access MemoryRandom Access Memory
電源を切ると内容が消える(揮発性)。 電源を切ると内容が消える(揮発性)。書き込み可能。書き込み可能。
ROMROM:: Read Only MemoryRead Only Memory :: あらかじめ情報が書き込まれている。電 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(不揮発源を切っても情報は消えない(不揮発性)。性)。
書き込みはできない。 書き込みはできない。
RAMの分類RAMの分類 DRAMDRAM:Dynamic RAM:Dynamic RAM 1セル~トランジスタ(1)+コンデンサ(1) 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 回路が単純で安価、大容量化容易 リフレッシュ リフレッシュ (( コンデンサへの電荷の供給コンデンサへの電荷の供給 )) が必が必
要要 PCのメインメモリー用 PCのメインメモリー用
SRAMSRAM:Static RAM:Static RAM 1セル~トランジスタ(4~6) 1セル~トランジスタ(4~6) リフレッシュ不要、高速 リフレッシュ不要、高速 高集積困難、高価 高集積困難、高価 キャッシュメモリー用 キャッシュメモリー用
DRAMの分類DRAMの分類 非同期DRAM(旧製品)非同期DRAM(旧製品) 同期DRAM(SDRAM):外部バスイン同期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期して動作するよう改良された DRAM DRAM 。。
SDRAM ~133Mbps SDRAM ~133Mbps DDR 200~400Mbps DDR 200~400Mbps DDR2 400~800Mbps DDR2 400~800Mbps DDR3 800~1667Mbps DDR3 800~1667Mbps
(検討中)(検討中)
メモリメモリ
CPU(レジスタ)
一次キャッシュ二次キャッシュメモリ
ハードディスク(仮想メモリ)
外部記録装置FD、MO、CD-R
DVD
ROM
メインメモリ
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。
バスバスデータバスデータバス:データの通り道:データの通り道 幅:信号線の数、8、16、32ビット 幅:信号線の数、8、16、32ビット データ転送速度=バス幅データ転送速度=バス幅 ×× クロック周波数クロック周波数 例:16ビット 例:16ビット ×× 10MHz=16010MHz=160 ×× 101066ビット/ビット/
秒秒 =20 =20 ×× 101066B/秒B/秒 LANやUSBなどの表示:8Mbps、10Mbpsな LANやUSBなどの表示:8Mbps、10Mbpsな
どど
アドレスバスアドレスバス:CPUがメモリ番地を指定するためのバス: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。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ビット:21616=64kB=64kB 24ビット:224ビット:22424=16MB(80286)=16MB(80286) 32ビット:232ビット:23232=4GB(80386以降)=4GB(80386以降)
仕様の例仕様の例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)
インテル (R) Celeron(R) プロセッサー 530 (1.73GHz)
キャッシュメモリ
1次 インストラクション用 32KB×2/
データ用 32KB×2
インストラクション用 32KB/ データ用 32KB
2次 2,048KB 1,024KB
バスクロック
システムバス 800MHz 533MHz
メモリバス 667MHz
チップセット ATI Radeon(TM) Xpress 1250/SB600
メインメモリ7
標準容量/最大容量
1GB8(DDR2 SDRAM/On Board 512MB + SO-DIMM 512MB 、デュアルチャネル対応、 PC2-5300 対応 ) / 4GB
スロット数 2 スロット [ 空き 1]
補助記憶装置補助記憶装置 FD:2D、2DD、2HD、8インチ、5インチ、3.5インチ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HDD:数MB~100GB、5400、7200回転/分 CD-ROM:640MBCD-ROM:640MB 音楽用:150kB/秒:CLV( 音楽用:150kB/秒:CLV( Constant Linear VelocitConstant Linear Velocit
yy )) 高速化のためCAV( 高速化のためCAV( Constant Angular VelocityConstant Angular Velocity )) 例:50倍速=150 例:50倍速=150 ×× 5050 ÷÷ 1024=7.3MB/秒1024=7.3MB/秒 CD-R、CD-RW CD-R、CD-RW DVD(DVD( Digital Versatile DiscDigital Versatile Disc ):4.7GB(片面1層の場合)):4.7GB(片面1層の場合) DVD-ROM:読み出しのみ DVD-ROM:読み出しのみ DVD-R:1回のみ書き込み可能 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 DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW:複数書き込み可
能能 MO(MO( Magnetic OpticalMagnetic Optical ):128MB、230MB、640MB、):128MB、230MB、640MB、
1.3GB、2.3GB1.3GB、2.3GB
HDDの構造HDDの構造
1 2
トラック
トラック
クラスタ
シリンダすべての面の同一円周上のトラックをすべて集めた円筒
セクタ
HDDの記憶容量=1トラックあたりの記憶容量 × 1シリンダあたりのトラック数 × シリンダ数
1トラックあたりの記憶容量 = 1トラックあたりのクラスタ数 × 1クラスタあたりのセクタ数 × 1セクタあたりの記憶容量
FDFD 規格例(3.5インチ、2HD:両面高密度倍トラック)規格例(3.5インチ、2HD:両面高密度倍トラック) アンフォーマット時容量:2.0MBアンフォーマット時容量:2.0MB フォーマット時容量:1.4MBフォーマット時容量:1.4MB トラック密度:135 トラック密度:135 tracks/inchtracks/inch 記録密度:記録密度: 17,434 bits/inch17,434 bits/inch 記憶面数:2記憶面数:2 トラックトラック数:80/面数:80/面 セクタセクタ長:512 長:512 bytebyte セクタ数:18/トラックセクタ数:18/トラック 記憶容量=2記憶容量=2 ×× 8080 ×× 512512 ×× 1818 = = 1,474,560byte≒1,4MB1,474,560byte≒1,4MB
1 2
トラック0
トラック1
セクタ
USBUSB メモリメモリ
記録部:フラッシュメモリ記録部:フラッシュメモリ 記憶容量:記憶容量: 88 メガ~メガ~ 128128 ギガバイトギガバイト 専用のドライブ装置を必要としないため専用のドライブ装置を必要としないため
利便性が高く、駆動部もないため衝撃に利便性が高く、駆動部もないため衝撃にも強い。小型なため可搬性に優れている。も強い。小型なため可搬性に優れている。
フラッシュメモリ フラッシュメモリ (flash memory) (flash memory) :書き:書き換え可能、不揮発性の半導体メモリ換え可能、不揮発性の半導体メモリ
DVDの規格1DVDの規格1 ディスク径・厚等ディスク径・厚等 12cm(CD 12cm(CD と同じと同じ )) ・・ 0.6mmX2(0.6mmX2( 二枚張合せ二枚張合せ ))
トラックピッチ トラックピッチ 0.74μm0.74μm ・最短ピット長 ・最短ピット長 0.4μm0.4μmセクター配置 セクター配置 CLVCLV ・変調方式 ・変調方式 8-16 8-16 ビット変調ビット変調誤り訂正 誤り訂正 RS-PC RS-PC 方式・方式・使用レーザー 使用レーザー 650/635nm650/635nm記録容量 片面一層 記録容量 片面一層 4.7GB4.7GB ・二層 ・二層 8.5GB8.5GB
映像記録方式及び映像記録方式及びコーデックコーデック 720x480720x480 画素・画素・ 29.97 29.97 フレームフレーム // 秒秒 (2(2 :: 1 1 インターインターレースレース ))MPEG-2 MP@ML MPEG-2 MP@ML 符号化・約 符号化・約 1/40 1/40 圧縮圧縮 (( 適応可変レート適応可変レート ))※※ ビデオ部分の最大ビットレート ビデオ部分の最大ビットレート 9.8Mbps9.8Mbps※※ 動きベクトル符号化で約 動きベクトル符号化で約 1/21/2 DCT(DCT( 離散コサイン変換離散コサイン変換 )) で 約 で 約 1/101/10 可変長符号化で(ハフマン符号)約 可変長符号化で(ハフマン符号)約 1/2 1/2 の合計の合計※※ 16:9 16:9 横方向圧縮モードあり(スクイーズ)横方向圧縮モードあり(スクイーズ)
音声記録方式等音声記録方式等 PCM PCM 直線 直線 16/20/24bit(16/20/24bit( 最大最大 )) 量子化・量子化・ 96KHz 96KHz もしくは もしくは 48KHz48KHz 標本化標本化 (32/44.1KHz (32/44.1KHz 含む含む ))
もしくは、もしくは、 DOLBY AC-3 5.1ch DOLBY AC-3 5.1ch デジタルサラウンドデジタルサラウンド
DVDの規格2DVDの規格2
DVD-ROMDVD-ROM プレス形成したもの プレス形成したもの 書き込み不可 書き込み不可
DVD-RWDVD-RW(DVD+R(DVD+RW)W) レーザーで相変化書き込 レーザーで相変化書き込みみ 書き換え可能 書き換え可能
DVD-RAMDVD-RAM レーザーで相変化書き込 レーザーで相変化書き込みみ 書き換え可能 書き換え可能
DVD-RDVD-R(DVD+R)(DVD+R) レーザーで色素に書き込み レーザーで色素に書き込み 書き換え不可 書き換え不可
HD DVDHD DVD ・ディスク容量:・ディスク容量: 再生専用 再生専用 [[15GB15GB(( 片面片面 11 層層 ) 30GB() 30GB( 片面片面 22 層層 )])] 記録専用 記録専用 [15 / 20GB ([15 / 20GB ( 片面片面 11 層層 ) 32 GB) 32 GB (片面(片面 22 層層 )] )] ・レーザー波長:・レーザー波長: 405nm405nm(( 青紫色レーザー青紫色レーザー ) ) ・レンズ開口数・レンズ開口数 (NA)(NA) :: 0.65 0.65 ・データ転送レート:・データ転送レート: 36Mbps36Mbps ・ディスク直径:・ディスク直径: 120mm 120mm ・ディスク厚:・ディスク厚: 1.2mm(1.2mm( 光透過保護層厚:光透過保護層厚: 0.6mm0.6mm) ) ・映像記録方式:・映像記録方式: MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 ・音声記録方式:・音声記録方式: AC3 / MPEG-1 Layer2AC3 / MPEG-1 Layer2 など など
Blue-RayBlue-Ray ・ディスク容量:・ディスク容量: 再生専用 再生専用 [[25GB25GB(( 片面片面 11 層層 ) 50GB() 50GB( 片面片面 22 層層 )])] 記録専用 記録専用 [23.3 / 25 / 27 GB([23.3 / 25 / 27 GB( 片面片面 11 層層 )) 50 / 54 GB50 / 54 GB (片面(片面 22 層)層) ] ] ・レーザー波長:・レーザー波長: 405nm405nm(( 青紫色レーザー青紫色レーザー ) ) ・レンズ開口数・レンズ開口数 (NA)(NA) :: 0.85 0.85 ・データ転送レート:・データ転送レート: 36Mbps36Mbps ・ディスク直径:・ディスク直径: 120mm 120mm ・ディスク厚:・ディスク厚: 1.2mm(1.2mm( 光透過保護層厚:光透過保護層厚: 0.1mm0.1mm) ) ・映像記録方式:・映像記録方式: MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 ・音声記録方式:・音声記録方式: AC3 / MPEG-1 Layer2AC3 / MPEG-1 Layer2 など など
ディスプレイディスプレイ RR 、、 GG 、、 BB 各8ビットとする 各8ビットとする 2 288 ×× 2288 ×× 2288=2=22424=16,777,216=16,777,216
色色
画素数画素数 VGA :横 640 VGA :横 640 ×× 縦 480ドット縦 480ドット SVGA:横 800 SVGA:横 800 ×× 縦 600ドット縦 600ドット XGA :横1024 XGA :横1024 ×× 縦 768ドット縦 768ドット SXGA:横1280 SXGA:横1280 ×× 縦1024ドット縦1024ドット UXGA:横1600 UXGA:横1600 ×× 縦1200ドット縦1200ドット
インタフェースインタフェース シリアル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 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 RS-232C:モデムなど IEEE1394:マルチメディア IEEE1394:マルチメディア IrDA:赤外通信 IrDA:赤外通信 USB:キーボード、マウスなど USB:キーボード、マウスなど
パラレルインタフェース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 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-RO SCSI(スカジー):HDD、CD-RO
MM IDE:内蔵HDD IDE:内蔵HDD セントロニクス:プリンタ セントロニクス:プリンタ