小テスト解説 10進数91を８ビット固定長の２進数で表せ、また、―91を１の補数表現、２の補数表現で表せ。（１５） 　91 = 64 + 16 + 8 + 2 + 1 　　　　　　　　　　　　10進 　 91 ＝２進 01011011　　 １の補数表現　　　10進 ―91 ＝２進 10100100　　　 ２の補数表現　　　10進 ―91 ＝２進 10100101　　　　　　　　　　　

小テスト解説 ＣＤの規格をサンプリング周波数44.1kHz、２ch、ダイナミックレンジ16 bit、録音時間74分間とする。データ容量をbitおよびbyteで答えよ。（１０） 44,100×16×２×74×60＝6,265,728,000 bit 6,265,728,000÷８＝783,216,000 byte 加法混色においてR、G、B　各４ビットとすると表現できる色の数はいくつか？（５） ２４×２４×２４＝２１２＝４，０９６色

小テスト解説 ＶＧＡ（640×480）でRGB各８bit階調とする。１画面のデータ容量をbitとbyteで答えよ。また、１秒間に30コマの動画の場合、この画像５分間のデータは何 kbyte になるか。（１５） ８ x ３ x ６４０ x ４８０ = 7,372,800 bit = 921,600 byte = 900 x 210 byte = 900 kbyte 900 kbyte ×３０×5×６０ = 8,100,000 kbyte

小テスト解説 x y NOT x x AND y (NOT x) OR (x AND y) 1

コンピュータの構造１ （構成と規格、外部記憶装置） 授業展開＃６ コンピュータの構造１ （構成と規格、外部記憶装置）

コンピュータの構成 本体 ディスプレイ キーボード マウス プリンタ

コンピュータの５大機能 制御装置：ＣＰＵ 演算装置：ＣＰＵ 記憶装置：メモリ 入力装置：キーボード、マウスなど 出力装置：ディスプレイ、プリンタなど

本体の中身 ＣＰＵ（Central Processing Unit）（中央処理装置） メインメモリ（主記憶） バス（通信線） ＣＰＵ バス

ＣＰＵの機能 記憶装置：メインメモリより高速。レジスタ 演算装置：計算・判断をおこなう。ALU 制御装置：各装置に指示をする。 レジスタ：１回に処理できる情報量 　　　　　　　　８、１６、３２、６４ビット クロック：CPUの動作基準となる時間の単位。 　　　　　 CPUの処理する各命令は、この1クロックの　　　　 整数倍の処理時間で必ず実行される。 　　　　　 １ＧＨｚ（１０億／秒）。 ＣＰＵ クロックシグナル

ＣＰＵの構造 メインメモリ ＣＰＵ プログラム領域 命令キャッシュ 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 命令フェッチユニット 命令デコーダ 命令を解読する データ領域 演算ユニット 演算処理 データキャッシュ レジスタ群

ＣＰＵの命令実行サイクル 命令ＦＥＴ（Ｆｅｔｃｈ）：命令を取り出す ＤＥＣ(Decode)：取り込まれた命令を変換 ＡＤＲ(Address)：オペランドのアドレスを指定 オペランドＦＥＴ：オペランドデータを取り出す ＥＸＥ(Execute)：演算処理 ＷＲＢ(Write back)：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。 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 フラグ・レジスタ Ｆ ＡＨ ＡＬ 主レジスタ アキュームレータ ＡＸ ＢＨ ＢＬ ベース・レジスタ ＢＸ ＣＨ フラグ・レジスタ　Ｆ ＡＨ ＡＬ 主レジスタ アキュームレータ　ＡＸ ＢＨ ＢＬ ベース・レジスタ　ＢＸ ＣＨ ＣＬ ポインタ／インデックス・レジスタ カウント・レジスタ　ＣＸ ＤＨ ＤＬ データ・レジスタ　ＤＸ スタック・ポインタ　ＳＰ セグメントレジスタ ベース・ポインタ　ＢＰ コード・セグメント　ＣＳ ソース・インデックス　ＳＩ データ・セグメント　ＤＳ デスティネイト・インデックス　ＤＩ エクストラ・セグメント　ＥＳ インストラクション・ポンタ　ＩＰ スタック・セグメント　ＳＳ

処理速度 ＭＩＰＳ 　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実用的な性能指標として SPECint などのベンチマークが標準化され、MIPS値はほとんど使われなくなった。 ＦＬＯＰＳ 　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2010年までに3PFLOPSを超えるスパコンの開発を目指している。 　　ペタ（P)：１０１５を表す接頭辞

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 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) １６ビット １６ビット ３２ビット ３２ビット

SPEC Standard Performance Evaluation Corporation（標準性能評価法人） SPECint：整数演算の性能を評価 SPECfp：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。

メモリ メインメモリ ：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。 ハードディスク：プログラムやデータを格納する。 メインメモリ　　：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。 ハードディスク：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。 キャッシュメモリ：高速なメモリ。 　　　　　　　　　　　　メインメモリとＣＰＵを橋渡しする。 仮想記憶　　　　：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の 　　　　　　　　　　　　　ように使用。

メモリ ＲＡＭ：Random Access Memory 電源を切ると内容が消える（揮発性）。書き込み可能。 　電源を切ると内容が消える（揮発性）。書き込み可能。 ＲＯＭ：Read Only Memory： 　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（不揮発性）。 　書き込みはできない。

ＲＡＭの分類 ＤＲＡＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ 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 ＤＲＡＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ　ＲＡＭ 　　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 　　リフレッシュ(コンデンサへの電荷の供給)が必要 　　ＰＣのメインメモリー用 ＳＲＡＭ：Ｓｔａｔｉｃ　ＲＡＭ 　　１セル～トランジスタ（４～６） 　　リフレッシュ不要、高速 　　高集積困難、高価 　　キャッシュメモリー用

ＤＲＡＭの分類 非同期ＤＲＡＭ（旧製品） 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期して動作するよう改良されたDRAM 。 　　ＳＤＲＡＭ　～１３３Ｍｂｐｓ 　　ＤＤＲ　　　２００～４００Ｍｂｐｓ 　　ＤＤＲ２　　４００～８００Ｍｂｐｓ 　　ＤＤＲ３　　８００～１６６７Ｍｂｐｓ（検討中）

メモリ ＣＰＵ メインメモリ （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） ＲＯＭ 外部記録装置 ＦＤ、ＭＯ、ＣＤ－Ｒ ＤＶＤ 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 データバス：データの通り道 幅：信号線の数、８、１６、３２ビット データ転送速度＝バス幅×クロック周波数 　幅：信号線の数、８、１６、３２ビット 　データ転送速度＝バス幅×クロック周波数 　　例：１６ビット×１０ＭＨｚ＝１６０×１０６ビット／秒 　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝２０×１０６Ｂ／秒 　　ＬＡＮやＵＳＢなどの表示：８Ｍｂｐｓ、１０Ｍｂｐｓなど アドレスバス：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。 １６ビット：２１６＝６４ｋＢ ２４ビット：２２４＝１６ＭＢ（８０２８６） ３２ビット：２３２＝４ＧＢ（８０３８６以降）

仕様の例 2,048KB 1,024KB 800MHz 533MHz 667MHz CPU CPU キャッシュメモリ 1次 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 1GB*8(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 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 ＣＤ－ＲＯＭ：６４０ＭＢ 　　　　音楽用：１５０ｋＢ／秒：ＣＬＶ（Constant Linear Velocity） 　　　　高速化のためＣＡＶ（Constant Angular Velocity） 　　　　例：５０倍速＝１５０×５０÷１０２４＝７．３ＭＢ／秒 　　　　ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）：４．７ＧＢ（片面１層の場合） 　　ＤＶＤ－ＲＯＭ：読み出しのみ 　　ＤＶＤ－Ｒ：１回のみ書き込み可能 　　ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ：複数書き込み可能 ＭＯ（Magnetic Optical）：１２８ＭＢ、２３０ＭＢ、６４０ＭＢ、１．３ＧＢ、２．３ＧＢ

HDDの構造 ディスクプラタ 読み書きヘッド アーム

ＨＤＤの構造 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 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 クラスタ 1 2 トラック トラック 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

ＦＤ 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 フォーマット時容量：１．４ＭＢ トラック密度：１３５ tracks/inch 記録密度：17,434 bits/inch 記憶面数：２ トラック数：８０／面 セクタ長：５１２ byte セクタ数：１８／トラック 記憶容量＝２×８０×５１２×１８ 　　　　　　　　＝1,474,560byte≒1,4MB セクタ 1 2 トラック１ トラック０

USBメモリ 記録部：フラッシュメモリ 記憶容量：8メガ～128ギガバイト 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 (flash memory) ：書き換え可能、不揮発性の半導体メモリ

ＤＶＤの規格１ ディスク径・厚等12cm(CD と同じ)・0.6mmX2(二枚張合せ) トラックピッチ 0.74μm・最短ピット長 0.4μm セクター配置 CLV・変調方式 8-16 ビット変調 誤り訂正 RS-PC 方式・使用レーザー 650/635nm 記録容量　片面一層 4.7GB・二層 8.5GB 映像記録方式及び コーデック720x480 画素・29.97 フレーム/秒(2：1 インターレース) MPEG-2 MP@ML 符号化・約 1/40 圧縮(適応可変レート) ※ビデオ部分の最大ビットレート 9.8Mbps ※動きベクトル符号化で約 1/2 　DCT(離散コサイン変換)で 約 1/10 　可変長符号化で（ハフマン符号）約 1/2 の合計 ※16:9 横方向圧縮モードあり（スクイーズ） 音声記録方式等PCM 直線 16/20/24bit(最大)量子化・96KHz 　　もしくは 48KHz標本化(32/44.1KHz 含む) もしくは、DOLBY AC-3 5.1ch デジタルサラウンド

ＤＶＤの規格２ ＤＶＤ－ＲＷ（ＤＶＤ＋ＲＷ） ＤＶＤ－ＲＯＭ レーザーで相変化書き込み プレス形成したもの 書き換え可能 書き込み不可 　レーザーで相変化書き込み 　書き換え可能 ＤＶＤ－ＲＯＭ 　プレス形成したもの 　書き込み不可 ＤＶＤ－ＲＡＭ 　レーザーで相変化書き込み 　書き換え可能 ＤＶＤ－Ｒ（ＤＶＤ＋Ｒ） 　レーザーで色素に書き込み 　書き換え不可

HD DVD ・ディスク容量： 再生専用[15GB(片面1層) 30GB(片面2層)] ・レーザー波長：405nm(青紫色レーザー) ・レンズ開口数(NA)：0.65 ・データ転送レート：36Mbps ・ディスク直径：120mm ・ディスク厚：1.2mm(光透過保護層厚：0.6mm) ・映像記録方式：MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 ・音声記録方式：AC3 / MPEG-1 Layer2など

Blue-Ray ・ディスク容量： 再生専用[25GB(片面1層) 50GB(片面2層)] ・レーザー波長：405nm(青紫色レーザー) ・レンズ開口数(NA)：0.85 ・データ転送レート：36Mbps ・ディスク直径：120mm ・ディスク厚：1.2mm(光透過保護層厚：0.1mm) ・映像記録方式：MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 ・音声記録方式：AC3 / MPEG-1 Layer2など

ディスプレイ R、G、B 各８ビットとする ２８×２８×２８＝２２４＝１６，７７７，２１６色 画素数 ＶＧＡ ：横 ６４０×縦 ４８０ドット 　２８×２８×２８＝２２４＝１６，７７７，２１６色 画素数 　ＶＧＡ　：横　６４０×縦　４８０ドット 　ＳＶＧＡ：横　８００×縦　６００ドット 　ＸＧＡ　：横１０２４×縦　７６８ドット 　ＳＸＧＡ：横１２８０×縦１０２４ドット 　ＵＸＧＡ：横１６００×縦１２００ドット

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 ＲＳ－２３２Ｃ：モデムなど ＩＥＥＥ１３９４：マルチメディア 　　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 　　ＩＥＥＥ１３９４：マルチメディア 　　ＩｒＤＡ：赤外通信 　　ＵＳＢ：キーボード、マウスなど 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 　　ＳＣＳＩ（スカジー）：ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ 　　ＩＤＥ：内蔵ＨＤＤ 　　セントロニクス：プリンタ

演習 コンピュータの５大機能を示せ。 ＣＰＵの２つの機能を示せ。 バス幅３２ビット、クロック数800ＭＨｚの時の転送速度はいくらか。 音楽用ＣＤの記録容量は６４０ＭＢである。転送速度１５０ｋＢ／秒の場合録音時間は何分間か。