情報コミュニケーション入門ｂ 第２回 Part1 ハードウェアとソフトウェア

Presentation on theme: "情報コミュニケーション入門ｂ 第２回 Part1 ハードウェアとソフトウェア"— Presentation transcript:

1 情報コミュニケーション入門ｂ 第２回 Part1 ハードウェアとソフトウェア
情報コミュニケーション入門ｂ 第２回 Part1 ハードウェアとソフトウェア 坂口利裕

2 Part1のテーマ メインテーマ 教科書指定テキスト関連部分 コンピュータの仕組み ～ハードウェアとソフトウェア～
情報コミュニケーション入門ｂ Part1のテーマ メインテーマ コンピュータの仕組み ～ハードウェアとソフトウェア～ 教科書指定テキスト関連部分 ２． コンピュータの基本操作 ８． 情報理論 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

3 電子計算機 世界初の電子計算機 ＥＮＩＡＣ 第二次世界大戦の最中，アメリカで開発 軍事目的 十進法 ワイヤード・プログラム
情報コミュニケーション入門ｂ 電子計算機 世界初の電子計算機 ＥＮＩＡＣ 第二次世界大戦の最中，アメリカで開発 軍事目的 十進法 ワイヤード・プログラム 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

4 コンピュータの概念的構造 概念的装置 本体 ５大機能 制御装置 演算装置 入力装置 主記憶装置 出力装置 周辺装置 補助記憶装置 マイクロ
情報コミュニケーション入門ｂ コンピュータの概念的構造 本体 概念的装置 ５大機能 マイクロ プロセッサ （MPU） 制御装置 演算装置 入力装置 主記憶装置 出力装置 周辺装置 補助記憶装置 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

5 各装置の役割と具体例 （周辺装置） 入力装置 出力装置 データをディジタル化する キーボード，マウスなど
情報コミュニケーション入門ｂ 各装置の役割と具体例 （周辺装置） 入力装置 データをディジタル化する キーボード，マウスなど 出力装置 ディジタルデータを映像・音声などに戻す ディスプレイ，プリンタなど 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

6 各装置の役割と具体例 （本体部） 演算装置 記憶装置 制御装置 能力は四則演算程度 複雑な処理はソフトウェアで実現 主記憶装置－半導体で構成
情報コミュニケーション入門ｂ 各装置の役割と具体例 （本体部） 演算装置 能力は四則演算程度 複雑な処理はソフトウェアで実現 記憶装置 主記憶装置－半導体で構成 補助記憶装置－磁気式，光学式，光磁気式 制御装置 全体の速度の調整，プログラムの解読と実行（処理の自動化） 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

7 マイクロプロセッサ コンピュータの心臓部 半導体の集積技術の高度化による単体化
パソコン用のプロセッサでは，1秒あたりの処理回数→数百万回～数億回 10年前のスーパーコンピュータなみ 情報コミュニケーション入門ｂ

8 ノイマン型コンピュータの要件 電子回路による動作 二進数による演算 プログラムの（主記憶装置への）内蔵
情報コミュニケーション入門ｂ ノイマン型コンピュータの要件 電子回路による動作 物的動作（歯車や電磁石）を伴わずに純粋に電子の力で動作 速度・耐久性の向上 二進数による演算 回路の簡素化 データの信頼性 プログラムの（主記憶装置への）内蔵 プログラムの変更の容易さ，汎用性の向上 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

9 ハードウェアの特徴 概念的には５つの装置から構成される 制御・演算装置の仕組みは想像するよりも単純である
情報コミュニケーション入門ｂ ハードウェアの特徴 概念的には５つの装置から構成される 制御・演算装置の仕組みは想像するよりも単純である 複雑な処理を，適切な順序の単純処理の組合せで表現することで，ハードウェアの能力を補うことができる プログラムも記憶装置上のデータとして電子化されている→プログラムのソフトウェア化 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

10 ハードウェアの構造（概念） AR GR0 GR1 GR2 GR3 PC 0000 0001 0002 制御装置 0003 演算装置 0004
主記憶装置の記憶ユニット アドレス GR0 GR1 GR2 GR3 PC LD GR0,#0010 0000 0001 LD GR1,#0011 0002 制御装置 0003 ADDA GR0, GR1 演算装置 0004 ST GR0,#0012 0005 FR WR IR 0006 … 145 0010 DR 236 0011 0012 レジスタ（一時記憶） 切替え／シフタ 情報コミュニケーション入門ｂ

11 ハードウエアとソフトウェアの関係 ハードウェアは，メーカーや機種ごと，周辺装置の接続状況により千差万別
情報コミュニケーション入門ｂ ハードウエアとソフトウェアの関係 ハードウェアは，メーカーや機種ごと，周辺装置の接続状況により千差万別 基本ソフトはハードウェアの制御を担当し，応用ソフトウェアから要求される機能を同じ水準で実現することで，ユーザからハードウェアの差異を隠蔽 応用ソフトは，目的に応じてユーザが使い分ける 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

12 データ表現とプログラム データもプログラムも記憶装置の内部では，二進数で表現される
情報コミュニケーション入門ｂ データ表現とプログラム データもプログラムも記憶装置の内部では，二進数で表現される 電子回路が単純にできる 一定の電圧かどうか 正（プラス）か負（マイナス）か 電流の方向 補助記憶媒体でも有利 　パンチカードの穴の有無 　バーコードの黒白 　磁極のＳＮ 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

13 情報コミュニケーション入門ｂ 情報量の単位 有限の大きさの記憶装置の内部で，効率よく，かつ実用的な精度を持たせる →　一定の桁数で処理 二進数１桁 →　１ビット ８ビット →　１バイト ２10＝1024バイト →　１キロバイト（KB） ２10＝1024KB →　１メガバイト（MB） ２10＝1024MB →　１ギガバイト（GB） ２10＝1024GB →　１テラバイト（TB） 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

14 二進数による数値表現 ０と１だけを用いる表記 2011.04.27 情報コミュニケーション入門ｂ 情報コミュニケーション入門ｂ
坂口利裕

15 二進数による演算 十進数演算よりも機械向け
情報コミュニケーション入門ｂ 二進数による演算 十進数演算よりも機械向け １桁同士であれば加算・乗算は４パターンのみ作成 　０＋０＝００　　０×０＝０ 　０＋１＝０１　　０×１＝０ 　１＋０＝０１　　１×０＝０ 　１＋１＝１０　　１×１＝１ 論理式（and，or，not）で表現できるので論理回路の組合せで演算が実現可能 マイクロプロセッサが一度に計算できる桁数 →プロセッサの処理能力を決定するひとつの要素 →現在の主流は 32桁 （32ビット） →サーバー系では64ビットも実用化 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

16 二進数→十進数の変換 位取りを考え，１の部分を合計 １ １ ０ １（二） 八の位 四の位 二の位 一の位 ２3 ２2 ２1 ２0
１　１　０　１（二） 八の位 四の位 二の位 一の位 ２3 ２2 ２1 ２0 １が立っている位を合計 ８＋４（＋０）＋１＝１３（十） 小数点以下の位も同様→ ・・・ 情報コミュニケーション入門ｂ

17 十進数→二進数の変換 ２で割った余りの列を逆順に読む １９（10） １ ０ ０ １ １（2） １９÷２＝９…１ ９÷２＝４…１
情報コミュニケーション入門ｂ 十進数→二進数の変換 ２で割った余りの列を逆順に読む １９（10） １９÷２＝９…１ 　９÷２＝４…１ 　４÷２＝２…０ 　２÷２＝１…０ 　１÷２＝０…１ １ ０ ０ １ １（2） 除算の結果が０になるまで 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

18 データの内部表現の色々 負の数 小数 文字 符号方式 嵩上げ方式 補数方式 固定小数点方式 浮動小数点方式 コード化（符号化） 規格
情報コミュニケーション入門ｂ データの内部表現の色々 負の数 符号方式 嵩上げ方式 補数方式 小数 固定小数点方式 浮動小数点方式 文字 コード化（符号化） 規格 ASCII，EBCDICなど 漢字などの 非英語圏の文字 2バイトで表現 JIS，シフトJIS，EUC，UTF など 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕

19 アルゴリズム 複雑な計算（や一般に問題解決）の手順を 表現したもの 例：最大公約数を求める 答が存在しない時も含めて 必ず答を得られるように
基本的な計算（四則演算など）や 明確な判断基準のみで 　表現したもの 例：最大公約数を求める 444と259の最大公約数は？ 情報コミュニケーション入門ｂ

20 アルゴリズムの例 ２つの自然数の最大公約数 自然数を a, b とする もし a<b なら， aとbを交換
情報コミュニケーション入門ｂ アルゴリズムの例 ２つの自然数の最大公約数 自然数を a, b とする もし a<b なら， aとbを交換 aをbで割った時のあまりを新たにaとする もし a=0 なら，6．へ進む 2.へ戻る bが元の２つの自然数の最大公約数 情報コミュニケーション入門ｂ 坂口利裕