鹿児島大学 プログラミング基礎演習 第１回 計算機の構造とOS 半田利弘 鹿児島大学 大学院理工学研究科 物理・宇宙専攻 理化学研究所 コンピューターとは 理化学研究所 コンピューターとは ▶ コンピューター＝電子計算機、電脳 ■ 電気回路によって数値を求める機械 ▶ 計算？ ■ ■ ■ 数値演算 データ処理 機械制御 ▶ 実は、いつでもどこでも使っている ■ ■ ■ ビデオデッキ、自動車、冷蔵庫、銀行ATM ガラケー、スマホ、ゲーム機 実験装置、研究用の天体望遠鏡 理化学研究所 電気回路で計算 ▶ 電気回路と数学 ■ V=iRとか… 理化学研究所 大阪大学総合学術博物館 アナログコンピューター ▶ 計算式の設定 ■ ■ 電気回路の特性を調整して行う プログラミング 動画ファイル再生 理化学研究所 アナログコンピューター 理化学研究所 デジタルコンピューター ▶ 機械式計算機を電気回路で置き換える ■ 電気信号を“数えて”計算する 数えるのに電気回路を使う ■ “オームの法則”なんて要らない ■ 理化学研究所 コンピューターの祖先 ▶ そろばん 情報処理推進機構 ▶ 歯車式計算機 理化学研究所 電卓博物館 大型計算機 ▶ バベッジの差分機械differential engine 理化学研究所 Wikipedia ロンドン科学博物館・半田利弘 今日のコンピューター ▶ 巨大な電卓 ▶ 電卓の構成要素 ■ ■ ■ ■ テンキー：入力装置 液晶表示：出力装置 計算機本体：CPU メモリー：記憶装置 理化学研究所 電卓を分解してみる ▶ http://www.dentaku-museum.com/ 理化学研究所 パソコンの中身 ▶ 標準的なパソコンを分解してみる 理化学研究所 文部科学省 静岡大学情報学部杉山研究室 パソコンの中身 情報処理推進機構 理化学研究所 文部科学省 静岡大学情報学部杉山研究室 コンピュータの基本構造 ▶ CPU ■ ■ 扱えるビット数 ビットパターン ▶ あらゆるデータをCPUで処理 ■ ■ デジタル化 ビットパターンで表す 01001010 0と1だけだと人間には面倒くさい 01001010を4桁ずつで0x4aと書く 理化学研究所 2進数、10進数、16進数 ▶ n進法：n種類の数字だけで整数値を表す ■ ■ ■ ■ 2進数：0,1←整数の最小単位：1bit=2進数の１桁 8進数：0,1,2,3,4,5,6,7 10進数：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 16進数：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f ▶ nが小さいと ■ ■ 計算規則は少ない：掛け算の「九九」 桁数が増えて面倒 理化学研究所 2進数、10進数、16進数 ▶ 電気回路では２進数が扱いやすい ■ 2n進数ならなんとかなる ▶ 人間は10進数がなじみがある ▶ 両者の妥協→16進数 ■ ■ コンピュータが譲ればよい（a～fを使わない） 10進数を１桁ずつ計算すればよい ▶ 16進数だと扱えるデータの種類が少なすぎ ▶ 1byte=8bit=16進数で2桁(256通り) 理化学研究所 計算機で何をさせるか ▶ やらせたいこと ■ ■ ■ 数値を計算したい 文字情報を処理したい 機械を制御したい ▶ なるべく人間になじみ深い表記を使いたい ▶ まず、整数の計算からはじめよう… ■ と、その前に 理化学研究所 OSとコマンド 理化学研究所 WindowsとDOS ▶ Windows ■ OS (基本ソフト)の１つ 各社のコンピュータの微妙な違いを吸収する 他のOS ■ Mac-OS, Linux, Android, TRON 原型はDOS 最も原始的なOSの１つ OS上では大文字と小文字を区別しない ▶ 各装置にアクセスする手段を提供 ■ 同種の装置が同じように扱える 理化学研究所 ドライブ ▶ いろいろな外部記憶装置 ■ ■ ハードディスク、USBメモリー、CD-ROM １つずつに名前を付ける＝“ドライブ” ▶ OS上での表記 ■ ■ アルファベット１文字＋”:” A:, B:, C:, … 理化学研究所 フォルダ/ディレクトリィ ▶ フォルダ/ディレクトリィ ■ ■ ■ ■ 複数のファイルをまとめて入れる場所 ファイルを区分して管理するため 名称は好きに付けられる 区別がつけば、同一名も可 ▶ 階層構造 ■ ■ ■ フォルダの中にフォルダを作ることも可能 段階数は無制限 ツリー構造 一番上は“\” 理化学研究所 自分がいる場所 ▶ “自分がいる場所”という概念 ▶ ファイル名のみ→自分がいる場所のファイル ■ 1_2.c, abc.exe ▶ フォルダ名付き→そのフォルダのファイル ■ Lesson1\1_2.c, abc\1_2.c ▶ ツリー構造はドライブごと ■ ■ e:lesson1\1_2.c e:\abc\lesson1\1_2.exe 理化学研究所 ドライブ間の移動 ▶ 行き先のドライブ名と“:” ■ ■ Eドライブへ移動 e: Cドライブへ移動 c: ▶ “特別な”ドライブ c ■ ■ システムが収められているドライブ a:でないのはなぜ？→歴史的経緯による ▶ 他のドライブの割付は機械によって異なる ■ ここの機械だと、USBメモリはe: 理化学研究所 フォルダ間の移動 ▶ フォルダ名の区切り「\」 ■ ■ ■ 下に降りる cd foo 上にあがる cd .. 一度に降りる cd abc\bbc\cbc \ foo a mmx abc abc 1 foo abc a bbc foo 理化学研究所 handa cbc フォルダ内のファイル ▶ フォルダ内のファイル一覧を表示せよ ■ ■ コマンド dir directoryの略（directory=案内図） 理化学研究所 コマンド ▶ コマンド：コンピュータに動作の指示を出す ▶ 英語の命令文の発想： ■ 動詞のみ dir ■ 動詞＋操作対象 cl abc.c ▶ 自作のコマンド ■ ファイルfoo.exeがあれば、コマンドfooが使える 理化学研究所
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