コンピュータリテラシ 第4回 CL4a（木曜１限） CL3b+CL4d（金曜１限） 担当 久野禎子 http://www.e.gsic.titech.ac.jp/~ykuno/ コンピュータのハードウェア構成 概要 『D is for Digital ~ What a well-informed person should know about computers and communications ~』 Brian W. Kernighan 著 p10～p15 DisforDigital.net ブライアン・カーニハン著、久野 靖訳、「デジタル作法」、 オーム社 コンピュータの中身 • CPU(プロセサ)、RAM(メモリ)、ディスク(2次記憶)、そし てその他さまざまな要素が、互いに情報をやりとりす るためのバスと呼ばれる一群の配線によって接続さ れている。 図：「デジタル作法」より 60年以上にわたって標準的な、 フォン・ノイマン型アーキテクチャ • 今日のコンピュータも、「汎用の計算装置」が 備えるべき３大機能を持っている。 （１） CPU ⇔ 「計算と制御」 （２） RAMとディスク ⇔ 「記憶」 （３） キーボード・マウス・画面 ⇔ 「人 間のオペレータとの接続（入出力インタ フェース）」 (1) CPU（Cental Processing Unit） • コンピュータの計算の特徴： CPUは実行でき る基本動作はごく限られるが、それをものす ごい速さで(1秒間に何十億動作も)行う。 • CPU内部では、クロック信号でタイミングを刻 んで基本動作を順次実行させる。１秒を何刻 みにするかで、CPUの動作速度が変わる。 ←平凡な2.1GHzのCPUは、1秒間あたり 2,100,000,000刻みの信号で動作している。 大きな数の呼び方 K キロ 1,000 M メガ 1,000,000 G ギガ 1,000,000,000 T テラ × 1,000 P ペタ × 1,000 注）1 京（けい） ＝ 10P 千 百万 十億 兆 千兆 CPUの性能を決めるもの： ●クロック周波数 ●処理ビット数 ●搭載コアの数 ●キャッシュメモリの有無 その他、演算装置や演算の割り 当て方法、などによる 表：「デジタル作法」より (2)RAM（Random Access Memory) メインメモリ/主記憶：CPUに近い • メインメモリ（RAM）には、CPUが現在作業対象 にしているデータと、そのデータをどのように処 理するかを指示する命令列(プログラム)も格納 (ストア)されている。 • ストアドプログラムという考え方は大事。RAMに 別の命令列をロードすることでCPUに別の計算 をさせられるおかげで、汎用の装置となる。 RAMは、コンピュータが実行している間に情報を格 納しておく場所。実行中のアプリケーションプログラ ムの命令列、裏方のOSの命令列も格納されている。 RAMの性質 • RAMの内容は、どの場所のデータや命令でも、 CPUから同じくらい迅速にアクセスできる（ラン ダムアクセス）。 • RAMの記憶内容は、電源を切ると現在入って いる情報はすべて失われてしまう（揮発性）。 • RAMの記憶の容量の単位は「バイト」。 1バイトというのは、英字の1文字ぶんていどを （区別して）表せる大きさ。ノートPCは20億バイト (2GB）くらい。 情報量とその単位 • メモリで憶えたり、CPUで計算処理できるものの最小単 位は、0または1のどちらかひとつ ＝ １ビット(bit) • １バイトは0または1が8つ。 １B(yte) = 8bits 0000 0000(2) ～ 1111 1111(2)の二進数に対応させて、 256通りのものを区別できる メモリで憶えたり、 CPUで計算処理できるものの基本単位 は１バイト（８桁の二進数） • １キロバイト（KB） = ２10バイト = 1024B • １メガバイト（MB） = 1024KB • １ギガバイト（GB） = 1024MB 教科書 2.1.1 ビットとバイト (2)ディスク ハードディスク、2次/補助記憶 • 電源が切られても内容を保持し続けられる、 RAMより大量の情報を格納できるメモリ。磁 気ディスクであるハードディスクやディスクドラ イブ。RAMと比べて100倍くらい廉価だが、情 報にアクセスするのにはずっと時間が掛かる。 • データも、命令列も、その他全ては長期的に はディスクに格納されていて、そこから一時 的にRAMに持ってきてCPUで使っている。 ディスクの性質 • ノートPCのハードディスクは数百GBの容量であり、さ らにUSBソケットで接続できる外付けディスクはTB(テ ラバイト)単位の容量（1TBは1兆バイト）。 • 磁気ディスクは円盤が回転するのを読み取る。 • フラッシュメモリを用いた「半導体ディスク」は軽量で 信頼性が高く電気も食わないが、高価。 画像： 「デジタル作法」より ディスク上のデータの扱い • コンピュータに憶えさせるあらゆるデータは、 ディスク上に、ファイル単位で置かれる。 • 物理的にはどのような媒体の上にあるファ イルでも、WindowsのエクスプローラやMac OS XのFinderを使えば、ディスクの中身は 「階層化されたフォルダの中にファイルが 入っている」という同じ論理構造（ファイルシ ステム）で見たり、管理できる。 ディスク上のデータの扱い： ファイルシステム • フォルダに複数のファイルが格納できること を利用して、コンピュータ内のファイルは階層 構造で格納されている 根元のフォルダ（ルート） ＊ Finderの窓の上に 中身を表示中のフォル ダの名前が表示されて いる。 ＊ そのフォルダ名を、 Commandキーを押しな がらマウスでクリックす ると、そのフォルダの ルートからの階層(絶対 パス）が分かる。 フォルダ フォルダ ファイル ファイル ファイル ファイル フォルダ ファイル * ファイル＝ファイル名＋ファイル拡張子 ファイルシステムの機能 ＜データの保持＞ • ファイルシステム→ファイルを階層構造に整理して 格納している。 • ファイルシステムからファイルを取り出して実行をス ケジュールするのはOSの仕事。 ＜参考＞windowsPCだと、c:¥はハードディスクで、システムプログラム（つま りOSのプログラム）やアプリケーションプログラムが格納されている。ディスク f:¥はメモリスティック、等々。 ＜データの保護＞ • 保護モード • ファイルの諸属性 ファイルのパス名 • フォルダを使って整理されたファイルの階層構造で の、あるファイルの在所を表す方法 （ファイルの）絶対パス名 ディスク:¥フォルダ¥・・¥フォルダ¥ファイル名.拡張子 ●ディスク名はc:はPCのハードディスク本体、d:やf:はメモリス ティックなどの大記憶容量デバイス ●ファイル拡張子は、ワード文書「.docx」、エクセル「.xlsx」、パ ワーポイント「.pptx」、webページ「.html」、javaソースは 「.java」、rubyソースは「.rb」、Cソースは「.c」、各種画像ファイ ル「.jpg」「.png」「.gif」など、ファイルの種類を表すもの 根元のフォルダ（ルート）「/」 フォルダ フォルダ home1 ファイル ２００８ ファイル フォルダ CL ファイル ファイル ファイル Bunsho.docx /home01/2008/CL/bunsho.docx このwordファイルのフルパス ファイルの相対パス名 • フォルダを使って整理されたファイルの階層構造で、 今いる場所（カレントディレクトリ/フォルダ）からの相 対的な言い方で、各々のファイルやフォルダの在所 を表す方法。 • 「.」 今いる場所（カレントディレクトリ） • 「..」 ひとつ上の場所 • 「~」 各自のファイルシステムのルート（ホームディ レクトリ） などの記号を用いて、ルートから全部の指定を記述 しないで済む指定方法 ファイルについて（まとめ） • ユーザがコンピュータのディスクを使って覚えさ せるものの基本単位 • ファイル＝ファイル名＋ファイル拡張子 • コンピュータにとって最もシンプルな基本のファ イルは、テキストファイル（ファイル拡張子 .txt） • ファイルの指定は、２通りの方法で可能。 絶対パス名： ファイルシステム上のルートからの位置 相対パス名： カレントディレクトリからの相対的な位置 ファイルの扱い（まとめ） • テキストファイルを新規に作ったり、中身を編集す るツールはテキストエディタ。 • ファイルやフォルダは、Finderで調べたり各種操作 （コピー、移動、削除など）する。 Finder • Finderの環境設定、詳細で、「すべてのファイル名 拡張子を表示」は必ずチェックして使おう。 • フォルダやファイル名をマウスで右クリックすると 可能な操作の一覧が表示される。「情報を見る」で、 そのフォルダやファイルの詳細表示。 補足： Finderで行える操作は、ターミナル窓からコマンドで も行うことができる。OS Xのコマンド操作はUnix流のコマンド。 (3)その他の機器 • ユーザが入力に使うマウス、キーボード、タッ チパネルなど、出力用のディスプレイ、プリン タ、スピーカ、イーサネットや無線などのネット ワーク装置などが、バスでつながれている。 • コンピュータ内部でCPUとRAMを結ぶものは 配線が短く高速で高価。コンピュータに外部 機器を接続するためのバスUSB(universal serial bus)は配線が長く安価。 その他の接続機器、今後のコンピュータ • その他多くの接続機器があり、どの機器も物 理的な特性を高め、より多くの機能をより小さ いサイズでより廉価にという方向で進化する。 • そのうちのいくつかの機器を集めた携帯電話 やiPadなどタブレット端末などは、アーキ テクチャはノートPCと同じコンピュータで、 違うのは大きさや電力だけ。 パソコンのハードウェアに 興味のある人のための参考ページの例 「パソコン 分解」でwebページ検索や画像検索 をしてみよう https://www.google.co.jp/ http://www.yahoo.co.jp/ • http://bunkai2010.web.fc2.com/ • http://www.way-on.com.tw/PCbasal/index.htm • http://jisaku-pc.net/ 携帯やタブレット端末も パソコンと同じコンピュータ • 携帯やタブレット端末の中身 「携帯 分解」で画像検索 「タブレット端末 分解」で画像検索 • 携帯やタブレット端末も、パソコ ンと同じセキュリティ対策が必要 スーパーコンピュータも 同じコンピュータ • TSUBAME 2.0 のプロ モーションビデオを見 ることができる YouTubeサイト https://www.youtube.com/watch?v=XFqH3d1P0Vc → ペタコン（演算速度、ストレージ） 、 みんなのスパコン Ｑ．なぜスパコンが必要なの？ gsic作成の 説明用スライドから スパコンの利用法 ⇒ シミュレーション = コンピュータ上での擬似実現 ・ 科学技術 → 実験 → 発見 ・ 産業利用 → 設計，テスト ・ 生活 → 予測技術 星間物質の動き by 村主（京大） 津波の動き by 青木（東工大） ・ 実現不可能 ・ コスト削減，効率向上 ・ より正確な予測のために 空気抵抗の試験 Ｑ．なぜスパコンが必要なの？ gsic作成の 説明用スライドから シミュレーション：どうやるの？ シミュレーションでは速度が重要 （例１） 何度もテストしたい 100 倍速くなると 1 時間×1万回 ＝ 400 日 4日 （例２） 精度を上げたい 100 倍速くなると 5 km × 5km の格子 500m × 500m の格子 同じ時間で！ 考えてみよう！ 教育システム内の自分のデータ • （目の前のPCで）自分のファイルやフォルダを 新規に作ったり、保存したりしてみよう。「Word で何か書いて、ファイルに保存する」というよう なお馴染みの操作をしてみる。 • 自分のデータファイルの保存先は概ねドキュメ ントフォルダ（以下）を使う。デスクトップなども 使って良い。 • そのデータファイルの保存先は、一体どこな のだろう？ 教育システム内の自分のデータ • Finderの家（ホーム） _Mac • 画面右上の自分のユーザ名のディスク。ここ は、Windows側を使用すると _Win も表示。 • _Mac以下のファイルシステムも、_Win以下の ファイルシステムも、TSUBAME上のディスク。 • TSUBAMEと、目の前のパソコンとは、ネット ワークで通信する。 TSUBAME上のディスクのようす（１） • Finderでアプリケーションの「ユティリティ」の中 にある（あるいは、Launchpadの「その他」の中 にある）、ターミナル.appを起動 • ターミナルの窓に、英数キーを押してpwdと打 ち、その結果(usr*の数字のところ）をしっかり覚 える。 … $ pwd /home/usr9/15PT0001 TSUBAME上のディスクのようす （2） • Finderの窓を選び、「移動」メニュー、「サーバーへ接続」をする。 • (英数キーを押し）サーバアドレス欄に、pwdコマンドで調べた自分の 情報で、以下のように打つ（15PT0001ユーザの場合） smb://nest2.g.gsic.titech.ac.jp/home0/ usr0からusr9までの10個のフォルダに分けて、教育用電子計算 機システムの全ユーザが登録されている、TSUBAME上のディ スクのようすが見える。自分のホーム（ディレクトリ）のあるusr* フォルダへ進み（ユーザが多いのでフォルダの中身の表示に 時間が掛かる）、自分の_Macフォルダの場所を探してみよう。 usr9/15PT0001/_Mac ＊自分のホーム（ディレクトリ）以下のファイルシ ステムは自由に見られる。 ＊他人のホーム（ディレクトリ）以下のファイルシ ステムは見れないのが普通、そうじゃないと困り ますよね？ <= ファイルの保護！ TSUBAME上のディスクのようす（2‘） • • • • • (2)でサーバと接続をする。 Finderの窓で、「（自分の）ホーム _Mac」を表示。 その窓の表示中のフォルダ名（自分のユーザ名）を、Commandキーを押し ながらマウスでクリック 表示される「pcm******」を選ぶと、今日あなたが使っているPCに関係する ディスク情報が表示される。MacintoshHDがそのパソコンのハードディスク。 「home0」のディスク情報を表示する。 usr0からusr9までの10個のフォルダに分けて、教育用電子計算機システムの 全ユーザが登録されている、TSUBAME上のディスクのようすが見える。自分の ホーム（ディレクトリ）のあるusr*フォルダへ進み（ユーザが多いのでフォルダの 中身の表示に時間が掛かる）、自分の_Macフォルダの場所を探してみよう。 usr9/15PT0001/_Mac ＊自分のホーム（ディレクトリ）以下のファイルシ ステムは自由に見られる。 ＊他人のホーム（ディレクトリ）以下のファイルシ ステムは見れないのが普通、そうじゃないと困り ますよね？ <= ファイルの保護！ 以上、 • 教育用電子計算機システムで作って使う「自 分のファイル」は、そういう場所にあるんです よ、という話でした。 自分の大事なデータファイルのこと • 演習室で（Word、Excel、PowerPointなどの）ア プリケーションを使ってファイルを作ったら、そ のファイルを家に持ち帰りたい • 家のアプリケーションで作ったファイルを演習 室に持ってきて使いたい ← 少数のファイルなら、添付メールで自分宛 に送っておけば良い USBメモリの利用については要注意！ • USBメモリは忘れ物になるケースが多い • 暗号化機能を利用しないものは中身を人に 見られる USBメモリの利用については要注意！ • USBメモリは忘れ物、落し物になるケースが多い どうしても使用したければ、 ●必ず、記名すること ●目印や、忘れ防止になる派手なマ スコットや長いストラップを付ける ●シリアル番号などが書かれたものは それを記録しておく USBメモリを紛失したら • 東工大のすべての遺失物は遺失物センター http://edu.gsic.titech.ac.jp/?q=lost • USBメモリ（音楽プレイヤー、電子手帳、ゲー ム機も同様）の扱いは厳しいから、記名ない 場合、紛失したら戻らない これらの落し物は、大学でも警察でも中身の確認は行わない 理由（１）個人情報を含む可能性がある （２）確認のため使用したらウィルス等の感染の恐れがある ↓ 中身の データ以外からしか持ち主を特定できない場合には返 却はされない ↓ 返却されない場合は問答無用で廃棄 携帯電話の充電 • 携帯機器を充電したまま忘れ物になるケース も多い 携帯機器の充電には、 ●長めのケーブルを用意し、うっかり 置き忘れないよう手元まで届くようにし て充電しよう 個人データのバックアップについて • セキュリティガイド http://www.titech.ac.jp/rinri/security1.shtml • データは、個人のパソコンやUSBメモリに保存す るよりも、ネットワーク上に置く方が概ね安心 ー 家のパソコンより学校のTSUBAME上 ー 秘密でないデータについては，外部の信頼で きるアーカイブサービスを利用すると便利でもある ストレージサービスの例 • ドロップボックス https://www.dropbox.com/login?lhs_type=anywhere • グーグルドックス https://www.google.com/intl/ja_jp/docs/about/ 外部のどこかのサーバマシン上に、あなたのファイル が置かれていることには違いないので油断は禁物。 利用登録すれば個人情報も渡すことになる。 自分の大事なデータの安全性と、ネットワーク上の利 便性と、よく考えて利用する サービスの利用にあたっては、 利用規約をしっかり確認しよう！ • （一例）ドロップボックスに置いたデータが、勝 手に削除される場合がある？ 念のため： ドロップボックスのように手持ちのメールアドレスを登録してア カウントを取得するサービスがある。そういう場合、東工大共通 メールのアドレスと東工大ポータルと同一のパスワードを用い ては絶対にいけない、×！ また登録するサービスが東工大共通メールのアカウントを登録 して利用して良いどうかをよく考えること（あまりに個人的なこと や怪しいことには東工大共通メールを使用しないように）。 情報倫理ビデオの紹介 • 東工大ポータルトップページ • 「情報倫理とセキュリティのためのガイド」 • 上部のリンク「情報倫理」をクリック http://www.titech.ac.jp/rinri/ethics.shtml • 情報倫理デジタルビデオ小品集５ • 学内から持ち出さないで視聴（ダウンロードして はいけない）。演習室ではイアフォンを使おう。 音量調整は F12とF11キーで行う。 補足 • 補足（キャンパス無線LANの接続設定ガイド） http://www.noc.titech.ac.jp/index.ja.shtml ・ ファイル交換サービス（P2P)の利用を検知 http://www.noc.titech.ac.jp/service/policy_violation.shtml 補足：プリンタ利用 • http://edu.gsic.titech.ac.jp/?q=printer • 教育システムのどのプリンタ（設置場所によらな い）からも同じに出せる。ジョブの保存期間は１ 日（その日のうち？）。 • １人年間200枚 - 両面印刷の利用（アプリケーションからの印刷 命令の画面を、きちんと確認し設定を行うこと） - 印刷の削除操作もちゃんとあるから、不要な 印刷はしない
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