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情報コミュニケーション　 IIIA

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. 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(?).

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  1. 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）

  2. 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

  3. 講義日程 • 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(?) • 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

  4. 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）

  5. off on off 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 1 0

  6. 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

  7. 2進数での大きさの単位 10 • 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 = … 3 10 10 20 30 40 50

  8. 1 0 6 5 4 3 2 2 2 2 2 2 2 2 順に2倍 していく 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 0 1 1 0 0 1 = 64 32 16 8 4 2 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

  9. 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 ÷ 2 = 44 …1 44 ÷ 2 = 22 …0 22 ÷ 2 = 11 …0 11 ÷ 2 = 5 …1 5 ÷ 2 = 2 …1 2 ÷ 2 = 1 …0 1 ÷ 2 = 0 …1 1 0 1 1 0 0 1

  10. 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

  11. 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

  12. 演習 • 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

  13. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 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 入力 制御（動作をコントロール） コマンド（実行命令）、データ

  14. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 入力装置 コンピュータ ユーザ（利用者） 入力 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

  15. 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 デジタイザ タブレット ＝ 卓上の小型入力パネルのこと

  16. 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）

  17. 入力装置の例 タブレット キーボード トラックボールの一種 ジョイスティック

  18. 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

  19. 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

  20. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 出力装置 コンピュータ ユーザ（利用者） 出力 コマンド、データ 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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）

  24. 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

  25. 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

  26. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 記憶装置 コンピュータ ユーザ（利用者） 出力 入力 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

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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)

  31. 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

  32. 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

  33. 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

  34. 各種外部二次記憶装置 メモリスティック CD-ROM フロッピー スマートメディア DVD-RAM ハードディスク USBメモリーキー コンパクトフラッシュ

  35. ハードディスクアップ画像 規格 容量 回転数 型番

  36. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 演算装置 コンピュータ ユーザ（利用者） 出力 入力 コマンド、データ 制御 記憶装置のデータをもとに加減乗除などの演算を行う

  37. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 制御装置 コンピュータ ユーザ（利用者） 出力 入力 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

  38. 出力装置 制御装置 記憶装置 演算装置 入力装置 CPU(Central Processing Unit) コンピュータ ユーザ（利用者） 出力 入力 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

  39. 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

  40. 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

  41. CPUの写真 PentiumIII 1GHz CPU

  42. 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

  43. 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

  44. 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

  45. シリアルインタフェースの例 RS-232C IEEE-1394 USBコネクタ

  46. 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

  47. 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

  48. おまけ（コンピュータの中身 1）

  49. おまけ（コンピュータの中身 2） PCIバス CPU メモリ(RAM) IDEバス

  50. 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/

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