北海道大学 大学院 理学院 宇宙理学専攻 修士 2 年 齊藤 大晶 情報実習 I / 情報実験第 6 回 PC のハード的仕組み.

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1 北海道大学 大学院 理学院 宇宙理学専攻 修士 2 年 齊藤 大晶 情報実習 I / 情報実験第 6 回 PC のハード的仕組み

2 Introduction Introduction PC のハードに必要な機能とは ? PC のハードに必要な機能とは ? 各部品の概要 各部品の概要 入力装置 ( キーボード, マウス など ) 入力装置 ( キーボード, マウス など ) 出力装置 ( ビデオカード, ディスプレイ など ) 出力装置 ( ビデオカード, ディスプレイ など ) 記憶装置 (RAM, HD, DVD, CD, FD, SSD など ) 記憶装置 (RAM, HD, DVD, CD, FD, SSD など ) マザーボード ( チップセット, バス など ) マザーボード ( チップセット, バス など ) その他の装置（ネットワークカード など） その他の装置（ネットワークカード など） まとめ まとめ 参考文献 参考文献本日の講義の内容

3 ハードウェア (hardware) 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 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 キーボード, マウス, ディスプレイなど キーボード, マウス, ディスプレイなど ソフトウェア (software) ソフトウェア (software) コンピュータを制御する手順・命令をまとめた 情報 コンピュータを制御する手順・命令をまとめた 情報 BIOS( → 次々週 ), OS, shell など BIOS( → 次々週 ), OS, shell など コンピュータを使う為には「ハードウェ ア」と コンピュータを使う為には「ハードウェ ア」と 「ソフトウェア」の両方が必要不可欠 「ソフトウェア」の両方が必要不可欠 ハードってなに ??

4 Personal Computer Personal Computer パソコン パソコン 原義 ) 個人用低価格コンピュータ 原義 ) 個人用低価格コンピュータ 複数のアーキテクチャー（基本様 式）が存在 複数のアーキテクチャー（基本様 式）が存在 最近は 「 PC 」 ≒ 「 PC/AT 互換機」 最近は 「 PC 」 ≒ 「 PC/AT 互換機」 ほとんどの PC が 「 PC/AT 互換機」な ので.. ほとんどの PC が 「 PC/AT 互換機」な ので.. What ’ s PC?

5 「 PC/AT 」と互換性 「 PC/AT 」と互換性 のあるパソコン のあるパソコン PC/AT (Personal Computer/Advanced Technology) PC/AT (Personal Computer/Advanced Technology) IBM が 1984 年に発表したパソコン IBM が 1984 年に発表したパソコン 内部仕様の多くが公開 : 互換製品が各社から 発表され, 業界標準となった 内部仕様の多くが公開 : 互換製品が各社から 発表され, 業界標準となった 日本では 「 DOS/V 計算機」とも呼ばれる 日本では 「 DOS/V 計算機」とも呼ばれる ＠ IT の HP （ Insider’s Computer Dictionary の欄）よ り http://www.atmarkit.co.jp/index.html What ’ s PC/AT 互換機 ?

6 DOS/V(Disk Operating System/V ideo Graphics Array ) DOS/V(Disk Operating System/V ideo Graphics Array ) PC/AT 互換機用の OS PC/AT 互換機用の OS IBM が 1990 年に販売 IBM が 1990 年に販売 Microsoft の「 MS ｰ DOS 」 という OS に日本語 機能を追加 Microsoft の「 MS ｰ 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 扱えるようになり, 海外の安い PC/AT 互換機 が大量に日本市場に流入 世界標準規格である PC/AT 互換機で日本語が 扱えるようになり, 海外の安い PC/AT 互換機 が大量に日本市場に流入 「 PC 」 ≒ 「 PC/AT 互換機」 ≒「 DOS/V 計算 機」 What ’ s DOS/V ?

7 EPnetFaN 有志により組み 立てられた自作 PC/AT 互 換機 EPnetFaN 有志により組み 立てられた自作 PC/AT 互 換機 簡単に部品をばらすこと が出来るので, PC のハー ド的仕組みを学習しやす い 簡単に部品をばらすこと が出来るので, PC のハー ド的仕組みを学習しやす い 分解・組み立てを体験してみましょ う ! ちなみに … 情報実験機は ?

8 入力機能 入力機能 ブラウザを起動 ブラウザを起動 レポートを入力 レポートを入力 出力機能 出力機能 めくるめく世界 を表示 めくるめく世界 を表示 記憶機能 記憶機能 フラッシュメモ リに保存 フラッシュメモ リに保存 処理機能 処理機能 プログラムを実 行 プログラムを実 行 今日は, 明日締め切りの情報実験のレポート を書いた. まずブラウザを起動し, レポート投稿システ ムの画面を開いた. 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事にした. め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, 持参したフラッシュメモリにその写真を保 存した. 今日はいい日だった。 PC のハードに必要な機能とは ?

9 注） 入出力にはサウンド やネットワークを介した ものも含む 入力 記憶 処理 出力 統合・調整まとめると．．．

10 入力装置 入力装置 キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど 出力装置 出力装置 ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど 処理装置 処理装置 CPU （ Central Processing Unit ） CPU （ Central Processing Unit ） 記憶装置 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, SSD など 半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD- ROM, SSD など その他の装置 その他の装置 ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど 以上の機能を結合 調整する装置 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 ) マザーボード ( チップセット ) 装置の種類

11 人間の意思をコンピュータに伝える装置 人間の意思をコンピュータに伝える装置 キーボード キーボード マウス マウス 入力装置

12 キーボード みなさんの目の前に ありますね？

13 マウス みなさんの目の前に ありますね？

14 入力装置 入力装置 キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど 出力装置 出力装置 ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど 処理装置 処理装置 CPU （ Central Processing Unit ） CPU （ Central Processing Unit ） 記憶装置 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, SSD など 半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD- ROM, SSD など その他の装置 その他の装置 ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど 以上の機能を結合 調整する装置 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 ) マザーボード ( チップセット ) 装置の種類

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

16 ディスプレイ みなさんの目の前に ありますね？

17 ATI XPERT 98 VRAM: 8MB ビデオチップ : RAGE 画面表示機能を追加する拡張カード 画面表示機能を追加する拡張カード 画面の作画を行うチップ ( ビデオチップ ) 画面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 アナログデータへの変換を行うチップ 画面イメージを保持する為のメモリ 画面イメージを保持する為のメモリ – (VRAM ： Video Random Access Memory) ビデオカード

18 入力装置 入力装置 キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど 出力装置 出力装置 ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど 処理装置 処理装置 CPU （ Central Processing Unit ） CPU （ Central Processing Unit ） 記憶装置 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, SSD など 半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD- ROM, SSD など その他の装置 その他の装置 ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど 以上の機能を結合 調整する装置 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 ) マザーボード ( チップセット ) 装置の種類

19 ソフトウェアを解釈し, 処理を実行 する装置 ソフトウェアを解釈し, 処理を実行 する装置 CPU CPU 処理装置

20 Central Processing Unit Central Processing Unit 一回の命令で同時に処理できるデータ の量や一秒間に実行できる演算の回数 が多いほど高機能 一回の命令で同時に処理できるデータ の量や一秒間に実行できる演算の回数 が多いほど高機能 Core2 Quad Q9550 2.88 GHz マザーボードに 装着した状態 さらに，ファ ンを装着した 状態 CPU

21 入力装置 入力装置 キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど 出力装置 出力装置 ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど 処理装置 処理装置 CPU （ Central Processing Unit ） CPU （ Central Processing Unit ） 記憶装置 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, SSD など 半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD- ROM, SSD など その他の装置 その他の装置 ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど 以上の機能を結合 調整する装置 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 ) マザーボード ( チップセット ) 装置の種類

22 入力・出力データや処理結果, プロ グラム ( ソフトウェア ) を書き込 み・読み込みする装置 入力・出力データや処理結果, 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 ) 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 ) 外部記憶装置 ( ディスクドライブ ) 記憶装置

23 RAM （ Random Access Memory) RAM （ Random Access Memory) 半導体素子を利用して電気的に記憶する 半導体素子を利用して電気的に記憶する 電源を落とすと記録内容は消滅 電源を落とすと記録内容は消滅 動作が高速で, CPU から直接アクセス可 動作が高速で, CPU から直接アクセス可 単位容量あたりの価格が高い 単位容量あたりの価格が高い Trancend DDR2800 / 2 GB 主記憶装置 ( 半導体メモリ )

24 外部記憶装置 磁気的・光学的・電気的などの手段により記憶する装置 磁気的・光学的・電気的などの手段により記憶する装置 電源を供給しなくてもデータは消えない 電源を供給しなくてもデータは消えない ハードディスク (HD), フロッピーディスク (FD), CD-R/RW, DVD- ROM ， USB メモリ, SSD etc … ハードディスク (HD), フロッピーディスク (FD), CD-R/RW, DVD- ROM ， USB メモリ, SSD etc … CPU から直接アクセスできない ( 低速 ) CPU から直接アクセスできない ( 低速 ) 一度主記憶装置に読み込む必要がある 一度主記憶装置に読み込む必要がある 接続方法 接続方法 内蔵 HD ， CD-ROM など： IDE ， serial ATA 内蔵 HD ， CD-ROM など： IDE ， serial ATA 最近の HDD の接続インターフェースの標準は serial ATA 最近の HDD の接続インターフェースの標準は serial ATA serial ATA では， 1 ポート 1 デバイスとなるため、接続した場合の性能低下を防げる serial ATA では， 1 ポート 1 デバイスとなるため、接続した場合の性能低下を防げる 外付け： USB ， SCSI （ Small Computer System Interface ）， IEEE1394 外付け： USB ， SCSI （ Small Computer System Interface ）， IEEE1394 IEEE: The Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE: The Institute of Electrical and Electronics Engineers

25 IDE Integrated Device Electronics 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 PC/AT 互換機用のハードディス クインターフェース DVD, CD なども接続可能 DVD, CD なども接続可能 – 規格： ATAPI(AT Attachment Packet Interface) ちなみに情報実験機では 2 本 の IDE ケーブルが接続可能 ちなみに情報実験機では 2 本 の IDE ケーブルが接続可能 Primary, Secondary Primary, Secondary 一本のケーブルで 2 台まで接 続可能 一本のケーブルで 2 台まで接 続可能 Master, Slave Master, Slave 組み立ての際には， Master, Slave の違 いに注意 組み立ての際には， Master, Slave の違 いに注意

26 SATA Serial Advanced Technology Attachment Serial Advanced Technology Attachment IDE ケーブルの時と比べて転送速度が速く なった IDE ケーブルの時と比べて転送速度が速く なった HD, DVD, CD ドライブなどを接続可能 HD, DVD, CD ドライブなどを接続可能 – ちなみに次回組み立てる情報実験機では ４ 本の SATA ケーブルが接続可能 ４ 本の SATA ケーブルが接続可能 – マスター / スレイブ の概念が廃止された

27 磁性体を塗布した円盤を高速に回転させ, 磁気ヘッドからデータを読み書きする 磁性体を塗布した円盤を高速に回転させ, 磁気ヘッドからデータを読み書きする 磁気ヘッドと円盤の間は 10 -6 m 以下 磁気ヘッドと円盤の間は 10 -6 m 以下 振動に弱い 振動に弱い HITACHI HDP725050GLA 500GB ハードディスク

28 磁性体を塗布した円盤を磁気ヘッドに 近づけてデータを読み書きする 磁性体を塗布した円盤を磁気ヘッドに 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 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 メディアが安価なため, 古くから使用 されている 最近はほとんど使われていない 最近はほとんど使われていない フロッピーディスク

29 ディスクに細かい凹凸が刻まれている ディスクに細かい凹凸が刻まれている ディスクにレーザ光を当て, 光学的にデータを 読み取る ディスクにレーザ光を当て, 光学的にデータを 読み取る DVD は CD よりもデータの記録密度が高いだけ でなく, 両面記録, 2 層記録が可能 DVD は CD よりもデータの記録密度が高いだけ でなく, 両面記録, 2 層記録が可能 *-RW ( ReWritable) 読み書き可能 ( 例 : CD-RW ， DVD-RW ） *-RW ( ReWritable) 読み書き可能 ( 例 : CD-RW ， DVD-RW ） *-R ( Recordable ) 一度だけ書き込み可能 （例 : CD-R ） *-R ( Recordable ) 一度だけ書き込み可能 （例 : CD-R ） *-ROM ( Read Only Memory ) 読み取り可能 （例 : CD-ROM ） *-ROM ( Read Only Memory ) 読み取り可能 （例 : CD-ROM ） ドライブ，ソフトウェア構成に応じてディスク の規格を選ぶ必要があることに注意 ドライブ，ソフトウェア構成に応じてディスク の規格を選ぶ必要があることに注意 光学ディスク ( CD, DVD )

30 入力装置 入力装置 キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど 出力装置 出力装置 ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど 処理装置 処理装置 CPU （ Central Processing Unit ） CPU （ Central Processing Unit ） 記憶装置 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, SSD など 半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD- ROM, SSD など その他の装置 その他の装置 ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど 以上の機能を結合 調整する装置 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 ) マザーボード ( チップセット ) 装置の種類

31 マザーボードのバススロットに装着す ることで 拡張機能を提供 マザーボードのバススロットに装着す ることで 拡張機能を提供 ネットワークカード ネットワークカード サウンドカード サウンドカード USB インターフェースカード USB インターフェースカード マザーボード, バススロットについては後述 マザーボード, バススロットについては後述 その他の装置

32 LAN に接続するための拡張カード LAN に接続するための拡張カード 別名 NIC (Network Interface Card)/ LAN card/LAN board など 別名 NIC (Network Interface Card)/ LAN card/LAN board など FNW-9800-T 10 BASE-T および 100 BASE-TX に準拠 ネットワークカード

33 入力装置 入力装置 キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど 出力装置 出力装置 ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど 処理装置 処理装置 CPU （ Central Processing Unit ） CPU （ Central Processing Unit ） 記憶装置 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, SSD など 半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD- ROM, SSD など その他の装置 その他の装置 ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど ネットワークカード, サウンドカード, SCSI カードなど 以上の機能を結合 調整する装置 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 ) マザーボード ( チップセット ) 装置の種類

34 → 北南←南← PCI,AGP バススロット IDE バススロット メモリ スロッ ト CPU スロッ ト チップセット ASUS P5P800 マザーボード (Mother Board)

35 コンピューター内部で各回路がデータを やり取り するための伝送路 コンピューター内部で各回路がデータを やり取り するための伝送路 CPU 内部の回路間を結ぶ内部バス CPU 内部の回路間を結ぶ内部バス CPU と RAM などの周辺回路を結ぶ外部バス CPU と RAM などの周辺回路を結ぶ外部バス 拡張スロットに接続された拡張カードとコン ピューター本体を結ぶ拡張バス 拡張スロットに接続された拡張カードとコン ピューター本体を結ぶ拡張バス 複数の信号線で同時に複数のビットを転 送する パラレル転送方式でデータを伝 送 複数の信号線で同時に複数のビットを転 送する パラレル転送方式でデータを伝 送 1 回の転送で同時に送れるデータの量を「バ ス 幅」と呼ぶ 1 回の転送で同時に送れるデータの量を「バ ス 幅」と呼ぶ BUS

36 → 北南←南← PCI バス

37 Peripheral Components Interconnect BUS Peripheral Components Interconnect BUS PC/AT で採用されたバス PC/AT で採用されたバス データの転送速度 : 133 MB/s データの転送速度 : 133 MB/s このスロットに特別な機能を持ったカー ドをさす事により機能を追加出来る このスロットに特別な機能を持ったカー ドをさす事により機能を追加出来る 情報実験機にはネットワークカード, ビデオ カードが追加されている 情報実験機にはネットワークカード, ビデオ カードが追加されている BUS ：コンピューター内部で各回路がデ ータをやり取りするための伝送路 BUS ：コンピューター内部で各回路がデ ータをやり取りするための伝送路 PCI バス

38 → 北 南←南← AGP バス

39 Accelerated Graphics Port Bus Accelerated Graphics Port Bus ビデオカード専用バス ビデオカード専用バス PCI バスよりも高速 PCI バスよりも高速 AGP バス : 266 〜 1066 MB/s AGP バス : 266 〜 1066 MB/s PCI バス : 133 MB/s PCI バス : 133 MB/s 情報実験のビデオカードは PCI バスに接 続されており, AGP バスは使用しない 情報実験のビデオカードは PCI バスに接 続されており, AGP バスは使用しない AGP バス

40 → 北 南←南← チップセット

41 コンピュータの内部で CPU や RAM, 拡張 カード間のデータ受け渡しを管理する一 連の回路群 コンピュータの内部で CPU や RAM, 拡張 カード間のデータ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 データの交通整理屋さん north bridge: CPU- メモリ, AGP north bridge: CPU- メモリ, AGP south bridge: ISA/PCI ， IDE etc … south bridge: ISA/PCI ， IDE etc … チップセット

42 接続したドライブが，指 定した ID で認識されてい るかを確認 Primary Master Primary Slave Secondary Master Secondary Slave ハードディスクインターフェイスの規格. 1 コネクタで 2 台の HDD を接続できる. IDE 接続設定 Secondary Primary

43 ハード： PC の物理的実体 ハード： PC の物理的実体 「 PC 」 ≒ 「 PC/AT 互換機」 ≒「 DOS/V 計算 機」 「 PC 」 ≒ 「 PC/AT 互換機」 ≒「 DOS/V 計算 機」 PC の機能と対応する部品 PC の機能と対応する部品 入力：キーボード, マウス など 入力：キーボード, マウス など 出力：ビデオカード, ディスプレイ など 出力：ビデオカード, ディスプレイ など 記憶： RAM, HD, DVD, CD, FD など 記憶： RAM, HD, DVD, CD, FD など 処理： CPU 処理： CPU 統合・調整：マザーボード ( チップセット, バス な ど ) 統合・調整：マザーボード ( チップセット, バス な ど ) その他：ネットワークカード など その他：ネットワークカード など PC のハード的構造のまとめ

44 IT 用語辞典 e-words ( http://e-words.jp/ ) IT 用語辞典 e-words ( http://e-words.jp/ ) 『体系的に学び直すパソコンのしくみ』 日経 BP ソフトプレス著 『体系的に学び直すパソコンのしくみ』 日経 BP ソフトプレス著 『 見てわかるパソコン解体新書シリー ズ』 大島篤著 ソフトバングパブ リッシング株式会社 『 見てわかるパソコン解体新書シリー ズ』 大島篤著 ソフトバングパブ リッシング株式会社 参考文献