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東海大学理学部物理学科素粒子理論・安江研究室  

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第3章 機能

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第三章 コンピュータの機能PDF

目次

1.中央処理装置

制御機能

演算機能

入力装置

出力装置

記憶装置


【1】中央処理装置

  • RISC:そのまま命令解読にかかれる。
    • Reduced Instruction Set Computer:縮小命令セットコンピュータ
  • CISC:命令解読の前にマイクロコード解読をする。
    • Complex Instruction Set Computer:複雑命令セットコンピュータ

  • FLOPSFLOating-point Instruction Per Second):
    • 信号がくる速度はHzであらわされているが、実際は計算が以下に早くできるかが重要。幾つかの信号が重なって計算が完了する。特に、浮動小数点の計算を一秒間に何回できるか?を計る単位としてFLOPSがある。小数計算専用のCPU(数値演算プロセッサ)が用意され高速化がはかられている。3Dゲームには必須の機能である。
    • Play Station2
      • 2個の数値演算プロセッサ:
        • 浮動小数点乗加算器×1、浮動小数点割算器×1
      • 12個のベクトル演算ユニット:(三次元座標計算用)
        • 浮動小数点乗加算器×9、浮動小数点割算器×3
      • 300MHz6.2GFLOPS
        • MHz=一秒間に百万回
        • GFLOPS=一秒間に10憶回

【2】制御機能

主記憶上にプログラムを読み込む時に、

  • 最初の命令を格納した番地がプログラムカウンタ

に登録される。

その番地を訪ねて(通り道:アドレスバスを使う)命令を見つける。命令を見つけると

  • 解読

して、他の装置に信号(制御信号)を送って処理準備をする。データ転送(信号発信)はすべての装置で一緒に行う。さもないと、ある装置が遅い場合、データの処理が終わる前に、次のデータが到着して、まともな処理ができなくなる。そのため、

  • データ転送のタイミングを教える「クロック回路」(水晶発信機)

が備わっている。

【3】演算機能

四則演算・・・足し算、引き算、掛け算、割り算

【例】足し算の表し方「レジスタ番号R0とR1にある数値を加える(ADD:英語)」: ADD R0, R1

CPU内に数値を一時的に格納するレジスタが幾つかある。簡単にその機能を見るため、レジスタ番号R0R1とする。

  • R0に数値2が記憶

されており

  • R1に数値3が記憶

されている。この2つの数値は加算器に送られ5になって出力される。この出力

  • 5は、あらためてR0に記憶

される。計算結果は、プログラムが

  • R0レジスタの値を調べる

ことによって取り出すことができる。

 

論理演算・・・論理和、論理積、論理否定

  • , ,

比較・・・大小関係の比較

  • ,

【4】入力装置

  • キーボード:CUI(Character-based User Interface)
  • マウス:GUI(Graphical User Interface)
  • ゲームパッド、ジョイスティック:ゲーム用
  • ペン:手書き文字用
  • 光学式文字読み取り:郵便番号読み取り等
  • 光学式マーク読み取り:マークシート
  • 光学式バーコード読み取り:スーパーのレジ
  • 磁気インク文字読み取り:銀行小切手
  • CCDセンサー読み取り:イメージスキャナー
  • 光画像CCDセンサー:デジタルカメラ・ビデオ
  • 音声認識装置:ピカチュウ元気でちゅう
  • 網膜認識装置:セキュリティ用(実験中:個人認識用)

【5】出力装置

ディスプレイ

  • CRTディスプレイ:ブラウン管
  • 液晶ディスプレイ:STN(DSTN)方式・TFT方式
  • その他:プラズマディスプレイ等

画面上のドットを点灯して表示する。隣り合ったドットが重なりすぎるとぼやけて見える。17インチディスプレイで隣り合うドットはどのくらい離れていればよい?

17インチディスプレイの表示領域は15インチ(=25.4mm×15=381mm)。

  • 横1024ドット×縦768ドット

を表示させようとすると、あきらかに横方向は381mmより小さいので

  • 381mm/1024ドット=0.37mm/ドット

より小さくないとぼやけてしまう。

プリンター

  • インクジェット方式:ノズルからインクを紙に吹き付ける。水に弱いので工夫がいる。お店で売られている10万円以下のカラープリンターはほとんどこの方式。
  • レーザー方式:ドラムに静電気でイメージを記録して、ここにトナーをまぶしてレーザーで過熱後、紙に印字。カラープリンターは50万円くらいで高額。
  • サーマル方式:熱転写方式。インクフィルム上のインクを熱で溶かし紙に転写する。現在はあまり使われない。
  • ドットマトリックス方式:インクリボンのインクを金属のピンで打ちつけて印字する。タイプライター方式。複写伝票の出力用として事務分野で活躍している。

【6】記憶装置

主記憶装置

データを磁気の力で記憶しておく集積回路が使われている。読み取りは、100万分の1秒くらいの短時間で非常に高速です。電磁石は電気が通じているときのみ記憶しています

  • RAMRandom Access Memory:随時読み書き可能記憶)

永久磁石はいつも記憶しています。

  • ROMRead Only Memory:読み出し専用記憶)
  • PROMProgramble ROM:使用者プログラム可能ROM)

整理して記憶させないと、再利用できません。0番地から順に、人間が住所(アドレス:address)を割り振っていきます。

  • 一つの住所には1バイト(=8ビット)の情報が入り、英数文字1文字分記憶できます。

日本語は2つの住所(2バイト)を使って、漢字やひらがなを記憶する。304番地に大英文字Aが格納されているとき

補助記憶装置

データを磁気の力等で記憶しておくディスクが使われている。読み取りは、レコードやCDのように磁気円盤を回転させて目的の場所を探して、読み取りヘッドで読みとリます。

  • HDHard Disk:磁気ヘッド):毎分5200、7200、10000回転
  • CDCompact Disk:レーザーヘッド):毎分200回転―(最大)10000回転(50倍速)
  • MOMagneto-Optic Disk:レーザーヘッド):毎分3600回転、5200回転
  • FDFloppy Disk:磁気ヘッド):毎分300回転、360回転
  • 磁気テープ:毎分100−300m

フロッピーディスクの構造(同心円)

1.44MBのフロッピーディスクのサイズの決まり方?

のように区画を書き込みます=初期化します/フォーマットします

 

略称 容量 実容量 トラック数 1トラック当たりのセクタ数 1セクタ当たりのバイト数
2HD 1.44MB 1,457,664バイト 80×2面 18 512バイト

1,457,664バイト=80×2面×18×512バイト


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最終更新日: 2015年01月27日
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