計算機とコンピュータ （コンピュータの歴史と種類） 授業展開＃５ 計算機とコンピュータ （コンピュータの歴史と種類）

計算する機械の系譜 計算機以前：指と石 「calculate」の語源はラテン語の「小石」 「digital」の語源はラテン語の「指」 　指を半分曲げるなどの中途半端はなし！

そろばんと計算尺 　そろばん：中途半端なし。 　→　デジタル。 　計算尺：スライドさせて計算。 　→　アナログ。

計算機械 歯車の回転核で数値を表現 回転数を上位の歯車の回転角として表わす 歯車による位取り表現 　　　歯車による位取り表現 初めて歯車式加算機を考案したのはレオナルド・ダビンチと言われている。

歯車式計算機 パスカルの計算機：歯車を使用して足し算、引き算を行った。（１６４２年） ライプニッツの計算機：かけ算、割り算も可能にした。 明治時代：大本寅治郎の「タイガー計算機」：ハンドルを回して計算。 バベッジの解析機関（１８２３年～） 「演算機能」、「記憶機能」を持たせよ うとした。しかし、完成はしなかった。

計算機の歴史 １９３８年：ドイツ：「Ｚ１シリーズ」：リレー式計算機 １９３９年：アメリカ：「ＡＢＣ」リレー＋真空管 １９４３年：イギリス：「ＣＯＬＯＳＳＵＳ」：真空管式 １９４４年：アメリカ：「ＭａｒｋⅠ」リレー式大型計算機 １９４６年：アメリカ：「ＥＮＩＡＣ」真空管式計算機 　　　　初めての電子式のプログラム制御の計算機械 　　　　１８８００本の真空管、重量３０トン １９４９年：イギリス：ＥＤＳＡＣ 　　　　初めてのプログラム内蔵式（ノイマン型）の万能計算機 １９５０年：アメリカ：ＥＤＶＡＣ 　　以降はＣＰＵ、メモリー、ＯＳなどの発展にすぎない。

コンピュータの性能向上 リレー方式：電磁石を使った電気機械的 スイッチング装置 ↓ 真空管：速い。しかし信頼性が低い。 　　スイッチング装置 ↓ 真空管：速い。しかし信頼性が低い。 トランジスタ：速い。信頼性も比較的高い。 ＩＣ（Integrated Circuit集積回路） ： 速い。信頼性も高い。

真空管 真空管の働き ・増幅作用 （小さな電波を大きくする。） ・整流作用 （交流電流を直流にする。） ・増幅作用　　（小さな電波を大きくする。） ・整流作用　　（交流電流を直流にする。） ・検波作用　　（電波を耳で聞こえる低周波信号に変換する。） ENIACには真空管が使われていて、その数は18800本。 1秒間に５０００回の計算をすることができました。 体積８０立方メートル、重量２７トン、消費電力１４０キロワット

真空管の原理（三極型） プレート グリッド － － － － － － － － カソード オフ オン

トランジスタ トランジスタの働き ・増幅作用 （小さな電波を大きくする。） ・整流作用 （交流電流を直流にする。） ・増幅作用　　（小さな電波を大きくする。） ・整流作用　　（交流電流を直流にする。） ・検波作用　　（電波を耳で聞こえる低周波信号に変換する。）   NEAC-2201 完成時期 1958年9月 演算素子 トランジスタ　600本 ゲルマニウムダイオード　7,500本 真空管　100本 演算速度 呼出時間を含む平均値 加減算　5.2ms（1.2ms） 乗　算　9.7ms（5.7ms） 除　算　14.1ms（10.1ms） （　）内は即時呼出（高速呼出）の場合 内部記憶装置 磁気ドラム　1,040語 　40語平均呼出時間　　　　2.5ms 　40語平均即時呼出時間　　0.5ms 入出力装置 光電式テープ読取機 テープ穿孔タイプライタ トランジスタ型コンピュータ（NEC)

トランジスタの原理 Ｎ型 Ｎ型 薄い Ｐ型 Ｐ型 Ｎ型 Ｎ型 電気流れず 電気が流れる コレクタ ベース エミッタ － － － － － － ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － Ｎ型 Ｎ型 － － － － － － － － － － エミッタ 電気流れず 電気が流れる

IC（集積回路） 小型 安定動作（信頼性が高い） 集積度によりIC→LSI→VLSI 素子数が１００未満だとＳＳＩ（小規模集積回路） １００～１０００未満だとＭＳＩ（中規模集積回路） １０００～１０万未満だとＬＳＩ（大規模集積回路） １０万～１０００万未満の集積回路をＶＬＳＩ（超大規模集積回路） １０００万以上の素子を持つ集積回路はＵＬＳＩ（超超大規模集積回路）

サイズの小型化 大型コンピュータ ↓ ミニコン ワークステーション パソコン

マイクロプロセッサ １９７１年：世界最初「４００４」４ビット、 電卓用：インテル社 １９７２年：８００８：８ビット、電子計算機 周辺回路用 １９７１年：世界最初「４００４」４ビット、　電卓用：インテル社 １９７２年：８００８：８ビット、電子計算機　　　周辺回路用 １９７４年：８０８０：８ビット １９８１年：ＩＢＭ　ＰＣ（８０８８：インテル社） １９８２年：ＰＣ－９８０１ １９８４年：マッキントッシュ（６８０００：モトローラ社） １９９５年：Ｗｉｎｄｏｗｓ９５ トランジスタ数＝２３００個 トランジスタ数＝３５００個

ＣＰＵの発展 ８０８６ １６ビット トランジスタ数＝２９，０００個 ８０２８６ １６ビット トランジスタ数＝１３４，０００個 ８０３８６ ３２ビット トランジスタ数＝２７５，０００個 ８０４８６ ペンティアム４ ３２ビット ３２ビット トランジスタ数＝４２００万個！ トランジスタ数＝１，２００，０００個

ムーアの法則 「the number of transistors on a chip doubles every 24 months （半導体に集積されるトランジスタの数は、24カ月おきに2倍になる）」 　 　インテル創立者のひとりゴードン・ムーア 線幅　３０ｎｍへ、クロック数１０ＧＨｚへ

マルチコア化 シングルコア → マルチコア 消費電力（～動作電圧2×クロック周波数） 処理能力向上 デュアルコア化の場合 シングルコア　→　マルチコア 消費電力（～動作電圧2×クロック周波数） 処理能力向上 デュアルコア化の場合 　クロック周波数２０％ダウン 　消費電力：シングルコアと同等 　処理能力：約1.7倍

マルチコアの進展 さらなるマルチ化 → １０～１００ キャッシュメモリーの共有 インテル® Core™2 Extreme QX6850 さらなるマルチ化　→　１０～１００ キャッシュメモリーの共有 インテル® Core™2 Extreme　QX6850 ４コア集積 8 MB の共有 L2 キャッシュ 1333 MHz フロントサイド・バス

パソコンの歴史 １９７５年、ＭＩＴＳ社：Ａｌｔａｉｒ８８００ ＣＰＵ：８０８０（２５ＭＨｚ） ＲＡＭ：２５６バイト １６個のＬＥＤと１６個のスイッチにより操作（２進数を直接入力） 後に、ＢＡＳＩＣ（ビル・ゲイツ）を搭載する。

パソコンの歴史２ １９７６年、ＮＥＣ、ＴＫ－８０ CPU : μPD8080A ROM : 768bytes(最大1KB) RAM : 512bytes(最大1KB) 価格 : 88,500円

パソコンの歴史３ １９７７年、アップル社：ａｐｐｌｅⅡ １９７９年、コモドール社：ＰＥＴ２００１ ＣＰＵ：６５０２（１ＭＨｚ） ＲＡＭ：６４Ｋバイト ２８０×１９２ドット、６色カラー １９７９年、コモドール社：ＰＥＴ２００１ ＣＰＵ：６５０２（１ＭＨｚ） ＲＡＭ：３２Ｋバイト

パソコンの歴史４ １９８３年、アップル社：リサ

演習 世界最初マイクロプロセッサは何か。 ムーアの法則とはどういった内容か。 フォン・ノイマン型コンピュータの特徴は何か。 ＣＰＵの規格にはどのようなものがあるか。 小テスト