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計算機理論入門01
- 1. 計算機理論入門 2012 年度後期 垂水共之 tarumi@ems.okayama-u.ac.jp 20121002 講義後誤り修正
- 2. 計算機とは • Hardware – 実際の処理を行う • Software – 処理手順の記述
- 3. Hardware • 構成要素 ５大装置 –中央処理装置 • 演算装置 • 制御装置 • キャッシュメモリ – 記憶装置 • 主記憶装置 • 補助記憶装置 – 入力装置 – 出力装置
- 4. • 入力装置から入力されたプログラムは記 憶装置上に記憶される。 • 制御装置は、記憶装置にあるプログラム を順次引出し、その命令の種類を判断し 、 演算処理装置に四則演算をするよう 指示したり、出力装置に結果の出力（表 示）を指示する。
- 5. 入出力装置（ I/O unit） • 入力 – 計算機に情報を与えること • 出力 – 計算機から結果を表示・書き出すこと • 入出力 – 入力、出力をまとめた総称
- 6. 入力装置 • 人間が理解できる「外部表現」から、 計算機が理解できる「内部表現」への変換装 置 • 代表的な入力装置 – キーボード – マウス – イメージ・スキャナ – バーコード・リーダー • QR コード – マークシート・リーダー OMR – 音声入力 – 光学文字読取 （ OCR optical character reader ） – 各種センサー
- 7. 出力装置 • 計算機が理解できる「内部表現」から、 人間が理解できる「外部表現」への変換装置 • 主な出力装置 – ディスプレイ装置 • ブラウン管（陰極線管） CRT Cathode ray tube • 液晶モニタ LCD Liquid crystal display – プリンター printer – 文字出力 – グラフ出力 – 白黒出力 – カラー出力
- 8. 中央処理装置 CPU centralprocessing unit • （算術論理）演算装置 ALU arithmetic and logic unit – 数値演算 • 四則演算 基本は足し算（加法） – 論理演算・比較演算 • 真 (true) 偽 (false) • （逐次）制御装置 control unit – メモリにある処理手順を順に処理する
- 9. ６４ bits CPU •一度に処理（計算）できる桁数 – 内部では２進数で計算 – ２進数での桁数 – ２進数１ケタ＝ 1bit （ビット） =0 か１の 2 つ の状態 – ビット数が大きいほど、計算できる範囲が広 い ８の倍数 • 近年の CPU の発展 – 4bits, 8bits, 16bits, 32bits, 64bits ６の倍数 • 歴史的には – 24bits, 36bits, 60bits
- 10. 計算速度 • MIPS MillionInstructions Per Second – 1 秒間に処理できる命令数 – Million = 100 万 • GFLOPS Giga Floating Operations Per Second – 1 秒間に処理できる実数演算（浮動小数点演算） の命令数 – Giga = 1000million – 実数演算は整数演算の 10 倍から 30 倍程度時間が かかる • スーパーコンピュータ 京（けい） – 1 秒間に１京回 – 1 京 =10,000,000,000,000,000=10P( ペタ )
- 11. 記憶装置 • 主記憶装置 4GB ～ 8GB – プログラム、データ、演算結果の格納 • 補助（外部）記憶装置 1TB ～ 2TB – 低速であるが、大容量、不揮発（電源を切っても 記憶している） • キャッシュメモリ – 1 次キャッシュ CPU に内臓（最高速） １ MB – 2 次キャッシュ 主記憶より高速
- 12. 主記憶装置 • 記憶素子（ LSI Large Scale Integrated Circuit) – RAM Random Access Memory – ROM Read Only Memory • 書き込み（変更）ができない。
- 13. 補助（外部）記憶装置 固定式 • ハードディスク・ドライブ HDD – 円盤の直径により 3.5, 2 インチ – 容量は１ TB~2TB が現在の主流
- 14. 補助（外部）記憶装置 可搬式 • 磁気方式 –FD Floppy Disk • 直径の大きさによって、 2, 3, 3.5, 5.25, 8 インチがあっ た • 一番良く使われた 3.5 インチ FD で 1.44MB 程度 • 光方式 640MB – CD Compact Disk 4.7GB – DVD Digital Versatile Disk 25GB – BD Blu-Ray Disk – 何れにも ROM, -R, -RW などがある – DVD, BD には 2 層式の DL(Double Layer 、容量は 倍)も
- 15. 補助（外部）記憶装置 可搬式 2 • フラッシュメモリ方式 – USB メモリ – SD カード • 最大 ２ GB • 標準サイズ、ミニ、マイクロ – SDHC カード • 現在は 64GB まで
- 16. 1.44MB 3.5インチ FD • 文庫本５冊程度の内容が記憶可能 • 梅棹忠夫著「知的生産の技術」が１６行４２ 文字のページ立てで２１８ページ （ 16×42×218 ＝ 146496 文字、日本語１文字 は２Ｂを使用するため 146496×2 ＝ 292992B ＝約 286 ＫＢ。 1.44 ＭＢのフロッピーに 5 冊分記憶できる • ＳＦの傑作、アシモフの「銀河帝国の興亡 １」（東京創元新社文庫）。これはページ数 が多く、 18 行 43 文字立ての本文 343 ページ 、約 519 ＫＢでＦＤ１枚に 3 冊弱分がはいる
- 17. 閑話休題 • 昔入力装置として最もポピュラ－ なものは「穿孔カ－ド入力装置」 であったが、今ではほとんど利用 されなくなった。「穿孔カ－ド」 はカ－ド穿孔機により穿孔された ８０欄カ－ドを用いる。１文字で もタイプミスするとカード１枚作 り直すことになる。さらに機械的 にカードに穴をあける、その音の すさまじさよ。 • プリンタも 132 文字同時にインパ クトとしていたラインプリンタか ら、１文字ずつのインパクトのシ リアルプリンタをたどり、現在の ページプリンタのようなノンイン パクトプリンタが主流になり、 やっと家庭でも使えるようになっ た。
- 18. プリンタの種類 • 印字方式による分類 – インパクトプリンタ ハンマーで叩くことにより印字する 音がうるさいが、カーボンコピー が作れる – ノンインパクトプリンタ • 熱転写式プリンタ インクを熱でとかして転写する • 感熱式プリンタ 「感熱紙」と呼ばれる特殊な用紙に熱を与えて 発色させる • レーザー コピー機械と同じ原理で、トナー （黒い炭素の粉末）を磁化させて熱で定着 させる • インクジェット、バブルジェット 液体状のインクを吹き付けて印字する • 色による分類 – 白黒プリンタ – カラープリンタ • ラインプリンタ（ LP Line Printer ） – 1 行分まとめて同時に印刷 • 頁プリンタ
- 19. プリンタの解像度 • Dpi =dots per inch – １つの点（ドット）の細かさを表す指標としてｄｐ ｉという単位が使われる。 – １インチにいくつのドットを出せるかを表す。 – 値が大きいほど解像度が高く、きれいな印字になる 。 – レーザープリンタで 600dpi から 2400dpi – インクジェットプリンタで 360dpi から 720dpi 程度 – 活版印刷の代わりになるものとして 1200dpi から 6000dpi 程度のものもあるが、値段が高くなる。 • スキャナの解像度も dpi であらわす。 – 現在の主流は 1200dpi から 2400dpi 程度である。 • 家庭用の FAX の解像度 – 200dpi から 300dpi 程度である。
- 20. ＫＭＧＴＰＥ • 計算機では２進数が使われるため、２の巾乗 で数えることが多い。 • ２の１０乗が１０２４と１０００に近いため 、計算機の世界では２１０を１Ｋ（キロ）とし て取り扱う。すなわち、 • １Ｋ（キ ロ） ＝ ２１０ ＝ ２１ ０ （千） • １Ｍ（メ ガ） ＝ ２１０Ｋ ＝ ２２ ０ （百万） • １Ｇ（ギ ガ） ＝ ２１０Ｍ ＝ ２３ ０ （十億） • １Ｔ（テ ラ） ＝ ２１０Ｇ ＝ ２４ ０ （一兆） １０ ５
- 21. 練習問題 • 問題１ 計算機のハードウェアの構成要素を、 その機能によって分類しなさい。また、各機能 の概要を説明しなさい。 • 問題２ 入力装置、出力装置をそれぞれ二つあ げ、その概要を説明しなさい。 • 問題３ 主記憶装置、演算装置、制御装置の概 要を説明しなさい。 • 問題４ キャッシュメモリの概要を説明しなさ い。 • 問題５ 磁気タイプと光タイプの補助（外部） 記憶装置の例をあげ、その概要を説明しなさい 。