情報処理入門A・B 第5回 ハードウェアとソフトウェア 坂口 利裕 横浜市立大学・商学部 本日のテーマ ハードウェアの基本的な成立ちの理解 ５大装置とノイマン型コンピュータの要件 ハードウェアの特徴 ハードウェアとソフトウェアとの関係の理解 基本ソフトと応用ソフトの役割 データの表現方法 二進数の基礎 アルゴリズム 自己診断テストによる理解度の確認 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 2 コンピュータ関連用語の認知度(2004) 知らない 0% 10% 20% 30% コンピュータウィルス 2.2% ビットとバイト マイクロプロセッサ オペレーティングシステム アルゴリズム 2004/06/08・09 40% 50% よく知っている 60% 70% 80% 64.0% ハードウェアとソフトウェア 5.1% サーバーとクライアント 聞いたことはある 90% 100% 33.8% 65.9% 23.2% 29.0% 65.9% 32.6% 10.9% 56.5% 46.8% 10.9% 49.6% 59.0% 33.1% 81.9% 情報処理入門Ａ・Ｂ 3.6% 7.9% 17.4% 0.7% 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，アメリカが開発 軍事目的 十進法 ワイヤード・プログラム 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 4 コンピュータの概念的構造 本体 概念的装置 制御装置 ５大機能 演算装置 入力装置 主記憶装置 マイクロ プロセッサ （MPU） 出力装置 補助記憶装置 周辺装置 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 5 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 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 6 各装置の役割と具体例 （本体部） 演算装置 記憶装置 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 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） 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 7 マイクロプロセッサ 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 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 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 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 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 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 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 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 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 10 ハードウエアとソフトウェアの関係 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 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 てユーザから呼び出され て機能。 11 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 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 12 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 ２10＝1024KB ２10＝1024MB ２10＝1024GB 2004/06/08・09 → → → → 情報処理入門Ａ・Ｂ １キロバイト（KB） １メガバイト（MB） １ギガバイト（GB） １テラバイト（TB） 13 二進数による数値表現 ０と１だけを用いる表記 10進数 2進数 0 0 1 1 2 10 3 11 4 100 2004/06/08・09 10進数 2進数 5 101 6 110 7 111 8 1000 9 1001 情報処理入門Ａ・Ｂ 14 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パターンを 作ればよい 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）で表現できるので電子的な論 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） 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 15 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 固定小数点方式 浮動小数点方式 2004/06/08・09 コード化（符号化） 規格 小数 文字 情報処理入門Ａ・Ｂ 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 16 アルゴリズム 複雑な計算（や一般に問題解決）の手順を 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？ 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 17 アルゴリズムの例 ２つの自然数の最大公約数 1. 2. 3. 4. 5. 6. 2004/06/08・09 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 情報処理入門Ａ・Ｂ 18 練習 別紙の自己評価用テストを解いてみる パソコンの性能評価・周辺装置の特性など実 務的な知識の確認 数理的計算力の確認 自己採点 50%未満は，要復習 2004/06/08・09 情報処理入門Ａ・Ｂ 19 次回は… ワープロソフト入門 ワープロ機能の理解 2004/06/08・09 文字入力・自動割付・編集機能・検索と置換 オブジェクト（表・グラフなど）の埋め込み 目次や索引の自動生成・文字数のカウント 情報処理入門Ａ・Ｂ 20
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