計算機の使用に関するまとめと、装置について。
| マイクロコンピュータ | 家電製品、精密機械に組み込まれた制御に使用する計算機 |
| PC | ノート型 |
| デスクトップ型 | |
| ワークステーション | OS が UNIX、大勢の使用に耐える |
| 汎用コンピュータ(メインフレーム) | 情報システム部などに設置 |
| パームトップ型 | PDA, Personal Data Assistance などに使う手の平サイズ |
| スーパーコンピュータ | 気象、宇宙開発、高エネルギー物理などの科学技術計算専用の高速計算機 |
で構成されている。
Neumann が最初の電気的な計算機を作り、現代の計算機はこれに基づいている。 Neumann 型の計算機はメモリにプログラムを置くプログラム内蔵方式で、 計算を逐次実行する。
制御装置、演算装置、記憶装置、入力装置、出力装置から成り、バス (一本の経路) で繋がっている。
| 装置名 | 機能 | ||||
| 処理装置 | 計算を行う, CPU (Central Processing Unit, 中央処理装置) | 制御装置 | 他の装置へ指示 | ||
| 演算装置 | 演算の実行 | ||||
| 記憶装置 | データの記憶 | 主記憶装置 (メモリ) |
一時的に記憶 | ROM | 読み出し専用メモリ |
| RAM | データの読み書きが自由な揮発性メモリ | ||||
| VRAM | 画像を表示するためのメモリ | ||||
| 補助記憶装置 | 大きなデータを長期的に記憶 | 磁気ディスク装置 | ハードディスク(HDD), フロッピーディスク(FD) など | ||
| 光ディスク装置 | MO など | ||||
| 入力装置 | 情報を入力 | キーボード・マウス | |||
| 出力装置 | 情報の出力 | ディスプレー・プリンタ | |||
バス：CPU とその他の装置を結ぶ、データやアドレスのやりとりを行うのに使用するディジタル信号伝送経路
マザーボードの上に CPU、メモリ、補助記憶装置、電源が塔載されている。
| 伝送速度 | バスの種類 | 周辺装置 |
| 高速バス | システムバス | CPU, メモリ, LAN, ハードディスク |
| 拡張バス | AGP, 画像処理のグラフィックスボードとを繋ぐ | |
| 低速バス | 入出力バス | キーボード・マウス, プリンタ, フロッピーディスク |
バスの規格についてまとめた。
| 名称 | 特徴 |
| PCI バス | 32 bit のデータを送る |
| ISA バス | 16 bit のデータを送る |
CPU とメモリ、入出力装置とのあいだには
が走っている。
バス幅、クロック周波数を大きくすること、キャッシュメモリの内蔵により、性能向上させている。 かつては真空管、トランジスタ、IC、LSI などと、 素材と集積度で改良が重ねられてきた。
CPU が実行する命令のセット
| 設計様式 | パイプライン方式 | 代表的な CPU | もとの意味 | ハードウェアの構造 | 命令の数 | プログラム |
| RISC | 使用可能 | Power Mac PC 系 CPU | Reduced Instruction Set Computer | 単純でよい | 少ない | 大きくなる |
| CISC | 使えない | Pentium 系 CPU | Complex Instruction Set Computer | 複雑 | 多い | 小さくてすむ |
パイプライン制御：命令を段階別に区切って、 ある段階の処理が済むと同時に次の命令を処理しはじめ、 並列処理を行いながら処理速度の高速化をはかる方法
マルチプロセッサ：複数の CPU を塔載したシステム
半導体メモリ (IC メモリ) の種類のまとめ。
現在、IC (Internet Circit) で CPU もメモリも素子 (chip) にトランジスタやダイオードを塔載した半導体の回路で作られている。 RAM, ROM とがある。
RAM：データの読み書きが自由だが揮発性メモリ
| 種類 | 読み出し速度 | 容量について | 値段 | 用途 |
| SRAM | 高速 | 容量を大きくしにくい構造 | 高価 | メインメモリ（主記憶） |
| DRAM | 低速 | 容量を大きくしやすい設計 | 廉価 | キャッシュメモリ |
ROM：読み出し専用で不揮発性メモリ
| 種類 | 書込み可能性 | データの消去方法 | |
| マスクROM | 書き換え不可 | 工場出荷時の内容は消去できない | |
| ユーザプログラマブル ROM | 書き込み可能 | 出荷時に書きこみなし、利用者がデータを書きこみできる | |
| PROM | EPROM | 専用ライタで書き換え可能。制御記憶、主記憶など。 | 紫外線 |
| EEPROM | 電圧でバイト単位のデータ消去。IC カード。 | ||
| フラッシュメモリ | 電圧でブロック単位消去、または一括消去。USB メモリ、ディジタルカメラの画像記録。 | ||
LSI: Large Scale Integration, 大規模集積回路。CPU を構成する部品。
CCD (Charge Couple Device): ディジタルカメラのレンズのように、 光の信号を電気信号に変換する
ジョゼフソン素子: 次世代の演算、記憶素子
| デバイスドライバ | 周辺機器の情報を OS に伝える | CD-ROM などで周辺機器に梱包されてある |
| プラグアンドプレイ | 周辺機器を接続するだけで使用できるようにする | デバイスドライバが OS に組み込まれている必要がある |
キャッシュメモリ (SRAM)： CPUの処理速度 とメモリ (DRAM) の書込み読み出し速度の違いを解消するためのアクセス速度が速いメモリ
高速では高価な記憶素子、低速では安価な記憶素子が使われるが大容量も可能。
レジスタ --> メモリ --> 補助記憶装置
レジスタ: CPU の中で、演算処理の際のデータ格納の記憶装置で超高速。
低速な記憶装置から高速なキャッシュメモリにデータを蓄え、 読み出し速度を向上させる方法。
CPU で処理するメモリに入りきらないデータや、 CPU 実行に直接関わっていないデータやプログラムを保存する装置。
| 補助記憶装置 | よく使われる略称 | 形状 | 容量 | アクセス速度 | 特徴 |
| フロッピーディスク | FD | 薄いフィルム状のディスク | 1.44 MB | 遅い | CD-R や USB メモリに代替されつつある。 |
| ハードディスク | HDD, HD | 金属製の硬いディスク | ∼ 数百 GB | やや速い | |
| 光ディスク | CD, DVD | 700 [MB] | レーザーディスク | デバイスによる | レーザ光の CD 面の反射を利用。音楽用に開発された CD にコンピュータ用のデータや映像を記憶。 |
| 光磁気ディスク | MO、Magnet Optical | 数百 B | レーザー光で磁性体に書きこみ、読み出す | デバイスによる | 大量に記憶できる FD としての扱いがなされ、 画像やデータバックアップに用いられる。たいていの機種では外付け装置が必要。 |
| ストリーマ, 磁気テープ | DAT, Digital Audio Tape recorder | 磁性体を塗布したテープにディジタル化した情報を書き込む | 数十 GB | 順次アクセスのため遅い | 大量データのバックアップ向け。オープンリール型から、カートリッジ型に移行中。 |
| メモリカード | SD, mini SD | 半導体フラッシュメモリ | 数 GB | デバイスによる | ディジタルカメラの記憶媒体。 |
| USB メモリ | - | 半導体フラッシュメモリ | 数 GB | デバイスによる | フロッピの代替になりつつある |
HDD, Hard Disc Drive は同軸の複数のディスクをモーターで回し、 データを書き込む。
面あたりのトラック数はトラック番号によって異なる。
| アクセス時間 | ハードディスクの読み書き時間 | |
| シーク時間 | データが含まれるトラックが磁気ヘッドに到達するまでの時間 | |
| サーチ時間 | データが含まれるセクタが磁気ヘッドに到達するまでの時間 | |
| データ転送時間 | データを読み込むのにかかる時間 | |
仮想記憶システム：HDD をメモリの代わりに用いる仮想メモリシステム
スワップアウト：HDD に使わない情報を一時退避させること
スワップイン：実行するために必要になった情報をメモリに記憶させること
スワッピング：記憶内容の交換(スワップ)のこと
メモリ容量が小さいとスワッピングが多発し、処理速度の低下を招く
光ディスクやメモリカードなど、大容量の記憶媒体のまとめ。
| 光ディスク | CD, Compact Disc | CD-ROM | Read Only Memory | 700 MB | 読み出し専用 |
| CD-R | Recordable | 一度だけ書き込める | |||
| CD-RW | ReWritable | 何度でも書き込める | |||
| DVD, Digital Versatile Disc | DVD-ROM | Read Only Memory | 9.4 GB | 読み出し専用 | |
| DVD-R | Recordable | 一度だけ書き込める | |||
| DVD-RW | ReWritable | 何度でも書き込める | |||
| DVD-RAM | Random Access Memory | 何度でも書き込める | 光磁気ディスク | MO, Magnet-Optical | 1+ GB | 何度でも書き込める | ストリーマ | DAT, Digital Audio Tape | 数十 GB | アクセス速度が遅い |
| メモリカード | コンパクトフラッシュ | 4+ GB | デバイスによる。電源を落としても記憶が消えない | ||
| スマートメディア | 2 GB | デバイスによる。ディジタルカメラ画像。 | |||
| メモリスティック | 2+ GB | デバイスによる。携帯音楽プレーヤを使用して録音・再生が可能なメモリ。 | |||
| SD カード | 2+ GB | デバイスによる。音楽配信。 | |||
| マルチメディアカード(MMC) | 2+ GB | SD カードより薄く、携帯音楽プレーヤを使用して録音・再生が可能なメモリ | |||
| USB メモリ | 4+ GB | フロッピーの代替。 | |||
インタフェース： 二つのものの間に立って、情報のやり取りを仲介するもの。また、その規格
| ハードインタフェース | 周辺機器を接続する手順、規格 | ソフトインタフェース | プログラム間でデータをやり取りする手順や形式 |
| ユーザインタフェース | コンピュータがユーザに対して情報を表示する方式や、 逆に、ユーザが情報を入力するための方式(CUI, GUI) |
データ転送方式により直列連結(serial)・並列連結(parallel)・無線 (radio) がある。
| 名称 | データ転送方式 | 転送速度 | 遠距離接続 | 代表的なインタフェース |
| シリアル | 直列 | 遅 (1 bit ずつ) | 適 | USB, IEEE 1394 |
| パラレル | 並列 | 速 (数 bit ずつ) | 不適 | IDE, EIDE, SCSI |
| USB | シリアル | 周辺機器用の統一されたコネクタ、電源不要 | USB2.0 の転送速度は 480 Mbps |
| IEEE1394 | 高速で周辺機器用 | マルチメディアにも接続、高速 | |
| RS-232C | モデム、マウス、プロッタ | 低速 | |
| シリアル ATA | ハードディスクなどの記憶装置用 | パラレル転送方式をシリアル転送方式に変更したもの | |
| IDE/EIDE | パラレル | ハードディスク、CD-ROM 用 | EIDE は転送速度が速い |
| セントロニクス | プリンタ、プロッタ、ディジタイザ | 低速 | |
| SCSI | ディジーチェーン (芋づる式直列) による MO, CD-ROM, DAT に 7 台まで接続 | 低速 | |
| GP-IB | マイクロコンピュータ、計測機器、周辺機器 | 中程度 | |
| Bluetooth | 無線 | 10m 以下の距離で無線でデータ通信向け。PC, PDA, 携帯電話間などの接続 | デバイスによる |
| IrDA | 赤外線を利用した近距離のデータ通信向け。PC とコードレスマウスの接続 | デバイスによる |
接続端子の種別: 尖っているほうがオス、へこんでいる方がメス。
PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association, IC カードの仕様を策定する米国の業界団体。日本の JEIDA と統一規格 PC Card を策定
機能を拡張するボード。
| グラフィックスボード | 画像処理 |
| LAN ボード | ネットワーキング |
| IEEE 1394 ボード | ビデオ機器 |
| ビデオボード | ディスプレイ |
CUI から GUI へ：CPU の進化による便利さの拡大
同時進行が可能になった。
| CUI | キーボード入力 |
| GUI | アイコンなど絵を使用した画面でマウス操作 |
| シングルタスク | 1 つのソフトウェアしか動かない |
| マルチタスク | 複数のソフトウェアが動く |
対話形式で入力装置と出力装置が動くインタフェースが増えた。
| 入力装置 | 対話形式 | 文字入力 | キーボード | ディスプレイ | 出力装置 | ||||
| 位置入力 | マウス | トラックボール | |||||||
| ジョイスティック | タッチパネル | 音声応答装置 | |||||||
| タブレット | ディジタイザ | ||||||||
| 音声入力 | 音声入力装置 | ビデオ | |||||||
| 画像入力 | カメラ | シンセサイザ | |||||||
| シート形式 (紙に記入) | OCR | OMR | プリンタ | ||||||
| その他 | バーコードリーダ | ||||||||
| イメージスキャナ | |||||||||
| ディジタルカメラ | プロッタ | ||||||||
入力装置： ポインティングデバイスやその他 PC にデータを取り込む装置のこと
| キーボード | キーで文字や数字を入力する |
| マウス | 画面上にはポインタが表示され、情報を入力する。機械式と光学式。 |
| トラックボール | ボールを動かして情報を入力 |
| トラックパッド | ノート PC に使われ、 板状の装置に置いた指の動作が画面に反映される |
| ディジタイザ／タブレット | CAD に使われ、 ペン状の装置で机上の位置情報を入力 |
| タッチパネル | 駅の自動販売機など、画面から入力 |
| ジョイスティック | スティック（レバー）を前後左右に傾けて操作 |
| イメージスキャナ | 図形や絵をドット情報（画像情報）として取り込む |
| ディジタルカメラ | CCD で読み込んだ画像データの記録 |
| ジョイパッド | 家庭用ビデオゲームのコントローラに使われ、 方向キーといくつかのボタンからなる |
| OCR | 光学式文字読み取り装置 Optical Character Reader、 郵便番号の読み取りに使われ、光を文字にあてて字を読み取る |
| OMR | 光学式文字読み取り装置 Optical Mark Reader、 試験の解答用紙などの読み取り装置 |
| バーコードリーダ | 書籍管理、商品管理などに使われ、 白黒の縦縞のバーコードを読み取る. JAN(日)、EAN(欧)、UPC(米) の規格がある。 |
| 2 次元バーコードリーダ | 書籍管理、商品管理などに使われ、 四角い模様から成るバーコードを読み取る。 QR コード |
| 磁気カード読み取り装置 | テレフォンカード、クレジットカードなどの磁気情報を読み取る |
| IC カード | 磁気カードにかわる装置で、 IC チップ内蔵で記憶容量が大きく、接触型と非接触型に分けられる。電子マネー |
プロッタ：CAD などの図形、図面データを出力する装置
解像度とグラフィックスメモリの容量で表示できる情報が决まり、 表示方法によるディスプレーの分類がある。
ディスプレイの表示方法の単位：絵や文字を表すのに、点 (dot) の集合体が使われれ、dot を単位とする。
| 名称 | 薄さ | 視野角 | 消費電力 | 重さ | 価格 | 特徴 |
| CRT | 厚 | 広 | 大 | 重 | 安 | ブラウン管使用 |
| 液晶 | 薄 | 狭 | 小 | 軽 | 高 | TFT(Thin Film Transistor), PDA や携帯電話の画面 |
| STN (Super Twisted Nematic), DSTN (Dual scan STN) | ||||||
| プラズマ | 薄 | 広 | - | 軽い | 高 | 紫外線を蛍光体に当てて発光 |
| 有機 EL | 薄 | 広 | - | 軽い | - | 電圧をかけると発光する有機物 |
ディスプレイのサイズ: ディスプレイの対角線の流さを inch ではかる。(1 [in] = 2.54 [cm])
液晶プロジェクタ: プレゼンテーションなどに利用。PC 画面をスクリーンに投影する。
グラフィックスメモリ：画像を表示するのに必要なメモリ
グラフィックスメモリ容量 = 横ドット数 \times 縦ドット数 \times 表示色数に必要なビット数
| 16 色 | 4 bit | (0000)2 ∼ (1111)2 |
| 256 色 | 8 bit | (0000 0000)2 ∼ (1111 1111)2 |
| 65,536 色 | 16 bit | (0000 0000 0000 0000)2 ∼ (1111 1111 1111 1111)2 |
| 1,677,216 色 | 24 bit | (0000 0000 0000 0000 0000 0000)2 ∼ (1111 1111 1111 1111 1111 1111)2 |
解像度： 使われるドット数が多いほどたくさんの情報が表示される （きめこまやかな画像が得られる）
| 名称 | 解像度（横 × 縦） | ドット数 | 色数 |
| VGA | 640 × 480 | 307,200 | 16 色 |
| SVGA | 800 × 600 | 480,000 | VGA の拡張版 |
| XGA | 1024 × 768 | 786,432 | 256 色、VGA の拡張版 |
| SXGA | 1280 × 1024 | 1,310,720 | XGA の拡張版 |
| QVGA | 320 × 240 | 76,800 | VGA の quarter(1/4) の画素数、 携帯電話画面など |
RGB: 光の三原色、Red, Green, Blue
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White = Red + Green + Blue
| インパクトプリンタ | シリアルプリンタ | ドットインパクトプリンタ | ピンの打ち付けによって 1 文字ずつ印字。カーボン紙を用いるので複数枚への印字が可能。 |
| ラインプリンタ | ラインプリンタ | ピンの打ち付けによって 1 行ずつ印字。汎用コンピュータなどが使用。 | |
| ノンインパクトプリンタ | シリアルプリンタ | 感熱プリンタ | 熱によって変色する用紙を用いて印字。印刷物の時間の経過による劣化が激しい。POS, 家庭用 FAX。 |
| インクジェットプリンタ | ノズルからインクを飛ばして印字。安価。カラー印刷に適し、家庭用として普及。 | ||
| 熱転写式プリンタ | ヘッドの熱でインクを溶かし紙へ転写。溶解型は個人向け。昇華型はディジタルカメラ画像など。あ | ||
| レーザプリンタ | ページプリンタ | 電子写真方式。静かで高品質、コピー機とおなじしくみ |
| 解像度 | dpi | dot per inch | 1 inch あたりのドット数、 | ドット数が多いほど解像度が高い |
| cpi | character per inch | 1 inch の文字数 | 値が大きいほど小さな文字 | |
| 印刷速度 | cps | character per second | 1 秒あたりに印刷できる文字数 | 値が大きいほど印刷速度は速い |
| cps | character per minute | 1 分あたりに印刷できる文字数 | 値が大きいほど印刷速度は速い | |
| ppm | paper per minute | 1 分あたりに印刷できる枚数 | 値が大きいほど印刷速度は速い |
Cyan, Magenta, Yellow, Black の頭文字からなる
CMY の三色を混ぜると原理的には黒になるが、 使用頻度の多さや技術的な簡便さを採用して黒も基本の色として足されている。 原理として減法混色であっても技術的に完全な黒を出さないため。
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DTP：PC を利用した文書編集システム。Desk Top Publishing
ポストスクリプト：機種依存性のない言語で、プリンタ向けのページ記述言語