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物理実験 I - 情報実験第 6 回

物理実験 I - 情報実験第 6 回. PC のハード的仕組み. 前坂 たけし（北大院・理） msaka@ep.sci.hokudai.ac.jp. Introduction. 参考：ソフトウェア (software). コンピュータを動作させる手順・命令をコンピュータが理解できる形式で記述したもの 物理的実態をもたない. ハードってナニ？. ハードウェア (Hardware) コンピュータを構成している電子回路や周辺機器などの物理的実体. コンピューターを使うためには， 「ハードウェア」と「ソフトウェア」 の両方が必要不可欠！. Introduction.

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物理実験 I - 情報実験第 6 回

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Presentation Transcript

  1. 物理実験I - 情報実験第6回 PCのハード的仕組み 前坂 たけし（北大院・理）msaka@ep.sci.hokudai.ac.jp

  2. Introduction 参考：ソフトウェア(software) • コンピュータを動作させる手順・命令をコンピュータが理解できる形式で記述したもの • 物理的実態をもたない ハードってナニ？ • ハードウェア(Hardware) • コンピュータを構成している電子回路や周辺機器などの物理的実体 コンピューターを使うためには，「ハードウェア」と「ソフトウェア」の両方が必要不可欠！

  3. Introduction What’s PC ? • Personal Computer • パソコン • 個人用のコンピュータ 例：PC-9801，Macintosh，FM-TOWNS, X-68000，etc... 最近は「PC/AT互換機」の意味で使われることが多い！ だって，最近ほとんどのPCが「PC/AT互換機」なんだもん…

  4. Introduction What’s PC/AT互換機 ? • IBM社が1984年に発売したパソコン「PC/AT」と互換性のあるパソコン • Personal Computer/Advanced Technology • 内部仕様の多くが公開されたため，互換製品が各社から発売 • Defuct Standard ? • DOS/Vマシン？

  5. Introduction What’s DOS/V ? • 1990年に日本アイビーエム社が発売した、PC/AT互換機で動作するOS • Microsoft社の「MS-DOS」というOSに日本語機能を追加 • 世界標準規格であるPC/AT互換機で日本語が扱えるようになったので，海外の安いPC/AT互換機が大量に日本市場に流入 日本では… DOS/Vマシン= DOS/V搭載パソコン ≒ PC/AT互換機

  6. Introduction 情報実験機 johoXX • 世界標準となってしまった，PC/AT互換というアーキテクチャの思想に従って，EPnetFaN有志により組み立てられた自作パソコン • 簡単に部品をバラすことができるので，PCのハード的仕組みを学習しやすい • 実際に，分解・組み立てを体験してみませう！

  7. Introduction おしながき Introduction PCのハードに必要な機能とは？ 各部品の概要マザーボード(BIOS，チップセット，バス)入力装置(キーボード，マウス)出力装置(ビデオカード)処理装置(CPU)記憶装置(RAM，HDD, CD-ROM, FD)その他(NIC，SCSI，USB) まとめ 参考文献

  8. PCのハードに必要な機能とは？ • ネスケのアイコンをクリックする • レポートを入力する 入力機能 • プログラムの実行を確認 • 目くるめく世界を表示する 出力機能 • フロッピーディスクに保存する 記憶機能 • プログラムを実行する 処理機能 ある日の仕事 今日は，明日締め切りの情報実験のレポートを書いた．まず，ネットスケープを起動し，レポート投稿システムの画面を開いた．でも，先週は自主休講したので，さっぱりわからない．とりあえず，既に提出されているレポートを写して提出することにした．まだキーボードに慣れていないので，遅々として入力が進まない．目が疲れたので，ある秘密のホームページにアクセスして，目の保養をすることにした．目くるめく世界が画面に表示された．あまりにも有益な写真が表示されたので，持参したフロッピーディスクにその写真を保存した．今日はいい日だった．

  9. PCのハードに必要な機能とは？ 結合・調整 処理 出力 入力 記憶 特殊機能 特殊機能 （ネットワーク機能） （サウンド機能） まとめると

  10. PCのハードに必要な機能とは？ ◎入力装置 キーボード，マウス，スキャナ，タッチパネル，などなど ◎出力装置 ディスプレイ，ビデオカード，プリンタ，などなど ◎処理装置 CPU ◎記憶装置 半導体メモリ，ハードディスク，フロッピーディスク，CD-ROM，などなど ◎特殊な機能を実現するための装置 ネットワークカード，サウンドカード，SCSIカード，などなど ◎以上の機能を結合・調整する装置 マザーボード（チップセット） 実際の装置

  11. マザーボード マザーボード(Mother board) 機能を追加する手段を用意する CPUスロット メモリスロット 各機能を調整する ディスクを接続する

  12. マザーボード ISAバス • Industrial Standard Architecture Bus • IBM社のパソコンであるPC/ATで採用されたバスを，IEEEが標準化 • 最大データ転送速度 が8MB/sと遅く，現在ではレガシーなバスである．（現在はPCIバスが主流） • 情報実験機では1つのバススロットがあるが，使われていない．

  13. マザーボード PCIバス • Peripheral Components Interconnect Bus • 高速にデータ転送が可能 • このスロットに，特別な機能を持ったカードを挿すことにより機能を追加 • 情報実験機のPCIバスには，ネットワークカード，ビデオカード，サウンドカードが追加されている

  14. マザーボード AGPバス • Accelerated Graphics Port • ビデオカード専用バス • PCIバスよりも高速 • 情報実験機のビデオカードはPCIバスに接続されているので，AGPバスは使用しない

  15. マザーボード PCI SYSTEM BIOS AGP ISA CPU IDE メモリ USB チップセット • コンピュータ内部で、CPUやRAM、拡張カードなどの間のデータの受け渡しを管理する一連の回路群 • データの交通整理屋さん • 最近は，数個のLSIで構成される．（以下の絵は情報実験機での例） 82440BXの例

  16. 入力装置 入力装置 • 人間の意志をコンピューターに伝える装置 • キーボード • マウス

  17. 入力装置 キーボード みなさんの目の前にありますね？

  18. 入力装置 マウス みなさんの目の前にありますね？

  19. 出力装置 出力装置 • 処理結果を人間に伝える装置 • ディスプレイ • ビデオカード

  20. 出力装置 ディスプレイ みなさんの目の前にありますね？

  21. 出力装置 ビデオカード • 画面表示機能を追加する拡張カード • 画像の作画を行うチップ（ビデオチップ） • アナログデータへの変換を行うチップ（RAMDAC） • 画面イメージを保持するためのメモリ(VRAM)

  22. 処理装置 処理装置 • ソフトウェアを解釈し，処理を実行する装置 • CPU

  23. 処理装置 Intel社 Pentium III 処理データ幅：　32bit 内部クロック：450MHz CPU • CPU(Central Processing Unit) • 1回の命令で同時に処理できるデー タの量や，1秒間に実行できる命令の回数が高いほど高機能． 情報実験機の場合 データバス幅：64bit 外部クロック：100MHz

  24. 記憶装置 記憶装置 • 入力・出力データ，処理結果やプログラム（ソフトウェア）を書き込み・読み込みする装置 • 主記憶装置（メインメモリ） • 外部記憶装置（ディスクドライブ）

  25. 記憶装置 主記憶装置（半導体メモリ） • 半導体素子を利用して電気的に記録を行う • 電源を落とすと，記録内容は消滅 • 動作が高速で，CPUから直接アクセスできる • 単位容量あたりの価格が高いため大量には使用できない • 多ければ多いほど，大量のデータ処理が可能になる SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)容量：128バイト

  26. 記憶装置・外部記憶装置 外部記憶装置 • 磁気的・光学的手段によりデータやプログラムを記憶する装置 • 電源を供給しなくても記録が消えないけれど低速 • CPUから直接アクセスできない（一度主記憶装置に読み込む必要がある） • 接続は，IDEまたはSCSIによるものが主流 • ハードディスク • フロッピーディスク • CD-ROM

  27. 記憶装置・外部記憶装置 ハードディスク • 磁性体を塗布した円盤を高速に回転させ，磁気ヘッドを近づけてデータを読み書きする． • 磁気ヘッドと円盤の間は10-6m以下 • 振動に弱い セクタ シリンダ ディスク

  28. 記憶装置・外部記憶装置 フロッピーディスク • 磁性体を塗布した円盤を磁気ヘッドを近づけてデータを読み書きする． • ディスクは取り外しが可能 • メディアが安価なため古くから使用されている． フロッピーディスクドライブ

  29. 記憶装置・外部記憶装置 CD-ROM • ディスクにレーザー光を当て，光学的にデータを読み取る • 普通は読み込みのみで，書き込むことはできない • マルチメディア時代の寵児？

  30. 記憶装置 IDE • Integrated Device Electronics • PC/AT互換機用のハードディスクインターフェース • 最近は，CD-ROM，MOなども接続可能(ATAPI) • 1本のケーブルで，2台まで接続可能(Master, Slave) • 情報実験機マザーボードでは2本のケーブルが接続可能(Primary, Secondary)

  31. 特別な機能を装置 特別な機能をもつ装置 • マザーボードのバススロットに装着することにより，特別な機能を提供 • ネットワークカード • サウンドカード • SCSIカード • USB（最近はマザーボード上にあることが多い）

  32. 特別な機能を装置 ネットワークカード

  33. 特別な機能を装置 サウンドカード

  34. まとめ まとめ PCのハード的構造 ◎入力装置 キーボード，マウス，スキャナ，タッチパネル，などなど ◎出力装置 ディスプレイ，ビデオカード，プリンタ，などなど ◎処理装置 CPU ◎記憶装置 半導体メモリ，ハードディスク，フロッピーディスク，CD-ROM，などなど ◎特殊な機能を実現するための装置 ネットワークカード，サウンドカード，SCSIカード，などなど ◎以上の機能を結合・調整する装置 マザーボード（チップセット）

  35. 参考文献 参考文献 渡邉郁郎．AT互換機のチップセット．エーアイ出版．pp503 渡邉郁郎．AT互換機のBIOS．エーアイ出版．pp503 YAHOO! コンピュータ用語辞典http://computers.yahoo.co.jp/dict/ IBM Computer Museumhttp://www.ibm.co.jp/event/museum/entrance.html ASUS. P3B-F Motherboard Manualftp://ftp.asus.com/pub/ASUS/mb/slot1/440bx/p3b-f/p3bf-104.pdf

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