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ハードウェアの基礎知識

ハードウェアの基礎知識. オペレーティングシステム 第２回. 前回の絵. ある程度のハード ウェアの知識が必要 別の講義で聞いて いるかも知れない ここで説明するものは簡略化したひとつの例. 簡略化した構成図. バス. 後でよく出てくる バスの下にあるが意味はない. メ モ リ（１）. 主記憶装置 ある単位で区切られていて，それぞれに番地（アドレス） 番地により，特定の位置を指定 データの読み出し・書き込み. ８ビットのことが多い 過去のコンピュータの場合， 別のサイズのものがある. メ モ リ（２）. HDD も記憶装置のひとつ

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ハードウェアの基礎知識

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Presentation Transcript

  1. ハードウェアの基礎知識 オペレーティングシステム 第２回

  2. 前回の絵 • ある程度のハードウェアの知識が必要 • 別の講義で聞いているかも知れない • ここで説明するものは簡略化したひとつの例

  3. 簡略化した構成図 バス 後でよく出てくる バスの下にあるが意味はない

  4. メ モ リ（１） • 主記憶装置 • ある単位で区切られていて，それぞれに番地（アドレス） • 番地により，特定の位置を指定 • データの読み出し・書き込み ８ビットのことが多い 過去のコンピュータの場合， 別のサイズのものがある

  5. メ モ リ（２） • HDDも記憶装置のひとつ • メモリよりは読み書きに時間がかかる • が，容量が大きく値段が安い • 高速なものと低速なものを組み合わせる • 記憶装置の階層化

  6. C P U (1) • Central Processing Unit中央処理装置 • 単にプロセッサ（processor） • “頭脳” • ひとつのLSIにまとめられていることが多い • MPU（Micro Processing Unit）

  7. C P U (２) • 命令をメモリから取り出す • 命令を実行する • データをメモリから読み出す • 演算する • 結果をメモリに書き込む（格納する） • … • 1，2 を繰り返す（サイクル） いろいろたくさん ある

  8. C P U (３) • いろいろな部品で構成される • レジスタ（register） • 演算対象のデータを保持 • プログラムカウンタ（program counter ） • 次に取り出す（実行する）命令が格納されているメモリの番地 • PCと略す • とりあえず，この２つを

  9. C P U (４) • レジスタの使い方（使われ方）の例 8 3 8

  10. C P U (５) • メモリのデータをレジスタにコピー • レジスタのデータとメモリのデータを演算 • 結果はレジスタのデータを上書き • レジスタのデータをメモリにコピー • メモリのデータを上書き • ちょっと注意（個人的には） • レジスタに値を設定，メモリに値を格納

  11. C P U (６) • 実行モード • 特権モード • OSを実行するためのモード • すべての命令を実行可 • 非特権モード（一般ユーザモード） • 一般のプログラムを実行するためのモード • 特権命令（システムを管理するための命令など）は実行不可

  12. プログラムの実行（１） • プログラム（一連の命令）もデータもメモリに格納されている

  13. プログラムの実行（２） • PC ← 1000（PCはプログラムカウンタ） • PC番地から命令を取り出す • PCの値を1増やす • 取り出した命令を実行する • 2に戻る

  14. 命令の種類（１） • CPUにより，大きく異なる • 命令の長さ • ここではひとつのメモリ（の単位）に入るとしているが，複数のメモリ（の単位）が必要なものもある

  15. 命令の種類（２） • データ転送命令 • メモリ ⇔ レジスタ • 例3002番地のデータをレジスタに • データを，メモリからCPUに • 例 レジスタのデータを3001番地に • データ（計算結果）を，CPUからメモリに

  16. 命令の種類（３） • 演算命令 • レジスタとメモリのデータの演算 • 例 レジスタのデータと3000番地のデータを足して，結果をレジスタに • 算術演算だけでない • 例 レジスタのデータと3003番地のデータを比較 • 注意 複数のレジスタがあることも

  17. 命令の種類（４） • PCの値の変更する命令 • 次に実行する命令を変える • 分岐命令 • 例PCの値を2000にする • 例 直前の演算の結果が0ならば，PCの値を1001にする（条件付き）

  18. 命令の実行（１） 例“レジスタのデータと3000番地のデータを足して，結果をレジスタに”という１命令 ① 命令の解釈 • “足し算”である ② 必要なデータはどこにあるのか • レジスタとメモリ（3000番地） ③ 実際に演算 • 足し算を実行 ④ 結果はどうするのか • レジスタ

  19. 命令の実行（２） • 命令が実行単位 • しかし，１命令であっても，いくつかの処理ステップからなる • CPUは命令を処理単位とする • 途中で中断することはない

  20. 機械語 • コンピュータが理解できるもの • ビットの並び • 人間には分かりにくい • 分かり易くしたものがアセンブリ言語 • 情報処理技術者試験 CASLⅡ • 命令を英単語（を略したもの） • 番地を名前

  21. アセンブリ言語（CASLⅡ）によるプログラム例アセンブリ言語（CASLⅡ）によるプログラム例 1番レジスタ（GR1)に A番地のデータを 持ってくる（load) （A番地のデータは変わらない） GR1のデータにB番地のデータを加える（add） GR1は和となる（変化する） B番地のデータは変わらない GR1のデータをC番地に格納する（store） GR1のデータは変わらない C番地のデータは上書きされる Cのプログラムだと int a=3, b=5, c; c = a + b; LD GR1, A ADD GR1, B ST GR1, C … A DC 3 B DC 5 C DS 1 メモリのあるところにAという名前を付ける 数値3を格納する メモリのAの次に，Bという名前を付ける 数値5を格納する メモリのBの次に，Cという名前を付ける (場所を確保するだけ）

  22. マルチプロセッサシステム • 複数のプロセッサからなるシステム • 複数のプログラムを同時に実行できる • 並列処理 • 高速化 • マルチプログラミングという言葉が出てくるが異なるものである

  23. マルチコア • ひとつのLSIの中に，複数のプロセッサ • LSI技術（集積度の向上）の発達で可能になった • 省エネという面もある

  24. まとめ（１） • ひとつの命令が実行単位 • 命令の解釈 • 必要な準備（番地計算など） • 実行 いくつかの処理が必要になる

  25. まとめ（２） • c = a + b; • ひとつの“計算”だと思っても，いくつかの機械語の命令で実行されるLD GR1, A ADD GR1, B ST GR1, C • 途中で中断することがある！ • と，どうなるか？ • 後で取り上げる予定

  26. まとめ（３） • 実行モード • 特権モードと非特権モード • 割込みで重要

  27. まとめ（４） • 記憶装置の階層化 • レジスタ • キャッシュメモリ • 主記憶（メモリ） • HDD • 低速なメモリとして扱うことができる • 仮想記憶 “仮想”という言葉が いろいろな場面で 出てくるので注意

  28. まとめ（５） • “マルチ …” • 後でいろいろ出てくるので注意

  29. まとめ（６） • ハードウェアは多種多様 • 技術の進歩で大きく変わる • 例えば，いろいろな入出力装置を容易に使えるようにすることもOSの機能

  30. 簡 単 に 歴 史 お ま け

  31. 歴　史 • コンピュータ史（IEEE Computer Society)http://www.computer.org/computer/timeline/timeline.pdf • コンピュータ博物館（情報処理学会）http://museum.ipsj.or.jp/

  32. で　は • キーボードのキーの配列 • 文献15 • 最初のコンピュータ • 文献14 • 最初のマウス • http://www.youtube.com/watch?v=1MPJZ6M52dI

  33. で　は • 最初のコンピュータウイルス • インターネットの始まり • etc.

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