今日の内容情報リテラシーコンピュータの構造と応用 • コンピュータ解体 – コンピュータの構成を学ぶ • オペレーティングシステム（OS ）についてオペレーティングシステム（OS）について – OSの役割や基本概念を学ぶ OSの役割や基本概念を学ぶ石橋直樹 E-mail: naoki@komazawanaoki@komazawa-u.ac.jp • プログラミング言語とは… プログラミング言語とは… • コンパイラって何? コンパイラって何? コンピュータの基本構成部品（外観）コンピュータの五大装置 • (1)制御装置と(2)演算装置をあわせて中央処理装置(CPU (CPU：：Central (1)制御装置と (2)演算装置をあわせて中央処理装置 Processing Unit)と呼ぶ。 Unit)と呼ぶ。 • (3)記憶装置は主記憶装置と補助記憶装置から構成されている。 (3)記憶装置は主記憶装置と補助記憶装置から構成されている。 • (4)入力装置、(5)出力装置、補助記憶装置をあわせて周辺装置と呼んでい (4)入力装置、 (5)出力装置、補助記憶装置をあわせて周辺装置と呼んでいる。 • 本体 – ディスプレイ、プリンタ（出力装置） – キーボード、マウス（入力装置）補助記憶装置入力装置主記憶装置記憶装置制御装置出力装置周辺装置演算装置中央処理装置（CPU）コンピュータの基本構成部品（内部概略） • マザーボード – CPU、メモリ（主記憶装置） CPU、メモリ（主記憶装置） – ビデオカード、USB カード、IEEE1394 IEEE1394カード、ネカード、ネビデオカード、USBカード、ットワークカード、サウンドカード – フロッピードライブ、ハードディスク、CD －ROM フロッピードライブ、ハードディスク、CD－（補助記憶装置）コンピュータの基本構成部品（内部詳細Ⅰ） • マザーボード – もっとも重要な部品（基本性能を決定付ける） – CPU、メモリ、各種インターフェース（ FD,IDE IDE))がある。 CPU、メモリ、各種インターフェース（FD, – 各種カードをさすバススロットがある。 » ISA, ISA,PCI • 参考サイトhttp:// www.mars.dti.ne.jp/~oohara/ / 参考サイトhttp://www.mars.dti.ne.jp/~oohara コンピュータの基本構成部品（内部詳細Ⅱ） • ビデオカード – ディスプレイに映像を出力する。 – 出力端子 » VGAが標準 VGAが標準 – 性能 » 内部メモリの容量によって、扱える解像度と色数が決まってくる。 » 例：DynaBook 例：DynaBook SS 3300（ 3300（2.5MB）の場合 2.5MB）の場合 • 1,280× :256色、色、1,024 1,024× ×768ドット :1,677万色、万色、 1,280×1,024ドット 1,024ドット:256 768ドット:1,677 • 800× :1,677万色、万色、640 640× ×480ドット :1,677万色万色 800×600ドット 600ドット:1,677 480ドット:1,677 コンピュータの基本構成部品（内部詳細Ⅳ） • ネットワーク（Ethernet ）カードネットワーク（Ethernet）カード – インターネットに接続するのに必要 – ケーブルの種類 » 10Base10Base-T…ツイストペアケーブルを使用ツイストペアケーブルを使用 » 10Base10Base-2 ･･･細い同軸ケーブルを使用 » 10Base10Base-5･･･通称イエローケーブルを使用オペレーティングシステム（OS）とは？ • コンピュータシステムの各種資源を管理し，アプリケーションがこれを利用できるようにする基本ソフトウェア． • 例：WindowsXP 例：WindowsXP,, MacOS X, Linux, Linux, FreeBSD, FreeBSD, Solaris – マルチタスク（ある１つのコンピュータシステムマルチタスク（ある１つのコンピュータシステムで，複数のプログラムを同時に実行すること） C.F タイムシェアリングコンピュータの基本構成部品（内部詳細Ⅲ） • USB, 社のFirewire Firewire,, Sony社の USB, USB2, USB2, IEEE1394(Apple IEEE1394(Apple社の Sony社の iLINK), iLINK), Bluetooth – 近年、Plug 近年、Plug & Play( Play(つないだらすぐ使える) つないだらすぐ使える)により外部機器へ接続する技術が広く使われている – それぞれ、転送速度、ケーブルの形状等が異なるそれぞれ、転送速度、ケーブルの形状等が異なる – USB(USB 1.x)は爆発的に普及した規格で、近年発売されたコン 1.x)は爆発的に普及した規格で、近年発売されたコンピュータにはほぼ付属している – IEEE1394は IEEE1394はUSBに比べ高速なデータ転送を実現しているため、 USBに比べ高速なデータ転送を実現しているため、 DV(Digitai Video)等の機器で普及が進んでいる Video)等の機器で普及が進んでいる – Bluetoothは無線により周辺機器を接続する規格で、情報家電等 Bluetoothは無線により周辺機器を接続する規格で、情報家電等への応用が期待されている – USBフラッシュメモリ、外部ハードディスク、 CD-R、DVDUSBフラッシュメモリ、外部ハードディスク、CD DVD-RW、ス RW、スキャナ、プリンタ等、近年販売されている外部機器は概ねこれらの規格により接続されるコンピュータの基本構成部品（内部詳細Ⅴ） • サウンドカード – 音声を入出力するカード – 音声をやり取りする端子がついている » イヤフォン出力端子 » スピーカ出力端子 » マイク入力端子 OSの必要性 • コンピュータの複雑化 – コンピュータ操作の複雑化 » ユーザビリティーの向上（GUI ）ユーザビリティーの向上（GUI） – プログラムの多様化 • プログラムとコンピュータのギャップを埋める必要性ユーザープログラム＞オペレーティングシステムコンピュータ OSの役割 • コンピュータの実体の抽象化 – ハードウエアをあまり意識させない – 使いやすいインターフェースの提供 – プログラミングの負荷の軽減 • コンピュータ資源の管理 – 複数のプログラムを同時に実行 – プログラムによるシステムの破壊を防ぐ – コンピュータ資源の効率的な利用を助ける OSの概念Ⅰ • プログラム – コンピュータが行う処理を記述したもの • プロセス – コンピュータの行う仕事の単位 – 1つのプログラムを処理する • レストランの例 – 客（ユーザ）、レシピ（プログラム）、コック（プロセス）、料理長（OS ）料理長（OS） OSの概念Ⅱ • ファイル OSの概念Ⅲ • カーネル – データの記録単位 • ディレクトリ（フォルダ） – ファイルやディレクトリ（フォルダ）の入れ物 – 階層的なデータの管理が可能 – コンピュータ資源を直接操作するプロセス • ユーザプロセス – ユーザの命令を実行するプロセス • シェル – ユーザの命令を受け付けるプロセス仮想記憶（メモリ） • 仮想メモリ領域のごく一部だけに物理メモリを割り当てることで，物理メモリ量を超える仮想メモリ空間を作り出したり，複数の仮想空間を作り出したりする． • 物理メモリが不足すると，一定時間以上アクセスされていない物理メモリの一部をスワップファイルと呼ばれる一時ファイルに待避し，その物理メモリを空きにする．タイムシェアリング • １つのCPU は同時に１つの仕事しか出来ない１つのCPUは同時に１つの仕事しか出来ない • 複数のプロセスを見かけ上同時に実行する．プロセスD プロセスC プロセスB プロセスA 時間コンピュータの計算 • コンピュータはスイッチの集まり – 電気が流れる状態と流れない状態 • スイッチのON/OFF で情報を現すスイッチのON/OFFで情報を現す – 1個のスイッチで表現できる情報量は１であり，その単位は「ｂｉｔ（ビット）」という． • ビットの集まりで数字を表現「数の表し方」 • 10進数 10進数 – 0から9 個の数字と位取りから9まで10 まで10個の数字と位取り • 2進数 – 1と0の2個の数字と位取り • 2進数の計算 – １＋１＝１０！ • 補足（指を用いて2 補足（指を用いて2進数を数える方法）ビットとバイト 8進数と１６進数 • ビットの数と表せる数 • ２進数の欠点 – 大きな数を表せば表すほど桁数が膨大になる 1bit 2bit 3bit 4bit 5bit • ８進数･･･4bits を一つにまとめる８進数･･･4bitsを一つにまとめる – ０から７までの８つの数字で表現 • 16進数 …８ｂｉｔｓを一つにまとめる 16進数… ８ｂｉｔｓを一つにまとめる – ０から９までとＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆで表現 •例 – 11(8)=9(10) 2A(16)=42(10) 2 4 8 16 32 6bit 7bit 8bit 9bit 10bit 64 128 256 512 1024 • bｙｔｅ（バイト）･･･何ビットかの集まり – 通常，１byte は８ｂｉｔｓを示す通常，１byteは – 8bits＝ 8bits＝1octet（オクテット） 1octet（オクテット） • word（ワード） word（ワード） – １wｏｒｄ＝１６ｂｉｔｓ機械語：CPUの命令 • 計算機が理解できる言語（機械語）は、そのCPUの命令 CPUの命令 • デジタル電子計算機では、CPU の命令はデジタル電子計算機では、CPUの命令は電気的なデジタル数値 – 10000111 = ADD A,(HL) » メモリからデータを読み出し、加算する CPUの中身 • 算術演算ユニット – 計算を行う • レジスタ – 値の一時的な記憶 • BUS – 情報が流れる回線計算の役割分担 • メモリ – データやプログラム（命令）を格納する • レジスタプログラムの制御 • 通常，プログラムはプログラムカウンタで示される番地から順番に実行される – 順次処理、逐次処理 – 数値を一時的に記憶する入れ物 • ALU(Arithmetic Logical Unit) – 演算装置．基本的な演算を行う • プログラムカウンタ（レジスタの一種） – 次に実行する命令の位置プログラミング言語とは？ • プログラムは計算機の動作を記述したもの cf. アルゴリズム • プログラムを作成することをプログラミングといい、その言語をプログラミング言語という • プログラムカウンタの値を変更する命令を用意することで，プログラムの流れを制御することができるようになる． – 分岐，条件分岐 • プログラムは実行を中止することができる．プログラミング言語の歴史 • 低水準言語 – コンピュータの命令体系そのものに相当するか、それを強く意識した言語。 – CPUに依存，機械語，アセンブリ言語 CPUに依存，機械語，アセンブリ言語 • 高級言語 – 利用者がハードウェアをあまり意識しなくても、処理を容易に記述できるよう設計された言語。 – CPUに依存しない。 Fortran，，Pascal, C, Basic, Perl CPUに依存しない。Fortran • オブジェクト指向言語 – 大規模開発向き。C++, 大規模開発向き。C++, Java コンパイラ • テキスト形式のプログラムをソースプログラムといい，実行可能形式のファイルをオブジェクトファイルという • ソースプログラムをオブジェクトファイルに変換することをコンパイルといい、それを行うプログラムをコンパイラというコンパイラとインタプリタ • コンパイラ( コンパイラ(例：C 例：C言語 etc) – プログラムを一括翻訳する – 実行が速い – デバッグに手間がかかる • インタプリタ( インタプリタ(例：Basic 例：Basic etc) – プログラムを翻訳しながら実行する – 実行が遅い – デバッグが簡単ハードディスクドライブ