ITパスポート ITの仕組みについて(テクノロジ)

# ポイント
・コンピューターはどのように動くのか
・便利さの裏にはどのようなしくみがあるか
・試験の中でも一番出題数の多いところ

# コンピューターで使われる単位について
・ビット
・バイト
・接頭辞（K・M・G・T・P）

# コンピューターはどのように処理をおこなっているか
一番の大元は**スイッチがオンかオフか**という2つの状態を
ものすごい数組み合わせて処理をおこなっている
論理回路を使って1か0のみですべての処理を行う

1つの箱=1bit(ビット)=1b
8bit=1byte(バイト)=1B

例えば動画はものすごい大きさになる
そういったものを簡単に表すために接頭辞がある

K(キロ)M(メガ)G(ギガ)T(テラ)P(ペタ)
一つ左に移動すると0を3つ取ることができる
一つ右に移動すると0を3つつけることになる
（移動するたびに10の3乗）

# 2進数
10進数
100が何個あるか　９箱
10が何個かるか　9箱
1が何個あるか　9箱

10進数は箱が9
2進数は箱が1

2進数
4が何個あるか　1箱
2が何個あるか　1箱
1が何個あるか　1箱

# ディジタル表現
ディジタルの理解を深める
・ディジタルとアナログの違い
・符号化
・文字コード
・圧縮（可逆圧縮・非可逆圧縮）

コンピュータで扱うものは0と1で表現する必要がある
アナログ=無段階
ディジタル=段階に区切る
アナログからディジタルに変換することを**符号化**という

文字コード
文字とそれぞれを表す式別子の対応表
文字コード表（例）
| ↓1ビット目 | 1 | 2 | 3 |
|:-:|:-:|:-:|:-:|
| 1  | A  | B  | C  |
| 2  | D  | E  | F  |
| 3  | G  | H  | I  |
| 4  |  J | K  | L  |

G=31
ABC=111213

圧縮
情報の容量を小さくすること

圧縮の種類
可逆圧縮：完全にものに戻せる圧縮方法
不可逆圧圧縮：完全にもとに戻すことができない圧縮方法

# コンピューターを構成する要素
.五大装置
└コンピュータを構成する5つの大きな要素

コンピュータ　なにをもってコンピュータというのか
五大装置をもってコンピュータという

![スクリーンショット 2023-12-23 11.31.04.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/73fb30c3-3381-8adb-028f-c129e9107e8f.png)

# CPU
■CPU:Central Processing Unit:中央演算処理装置
五大装置の中の「制御装置」「演算装置」の部分を担う
基本的に目指すことは「高速化」

シングルコアプロセッサ　<　マルチコアプロセッサ

マルチコアプロセッサの方がスピードが早い
計算をする部分の脳みそが多いイメージ

■クロック周波数
CPUの性能を図る指標
動かす速度　≒　クロック周波数
クロック周波数　≒　1秒の振動数（Hz）
すべての装置を同じリズムで動かしたい

■GPU:Graphics Processing Unit
グラフィック演算に特化した演算処理装置
昔はCPUの中に入っていた

■レジスタ
マイクロプロセッサ内部にある演算や実行状態の保持に用いる記憶素子

# 記憶階層構造
五大装置の中の「記憶装置」のところについて
■補助記憶装置
　速度　遅い
　容量　大きい
主記憶装置
　速度　早い
　容量　小さい

補助記憶装置は本、主記憶装置はテーブルで例えれる

速度と容量のバランスを取るために
**「キャッシュメモリ」** がある
記憶装置の間の処理速度の差を埋める役割をもつメモリ
スピード
より速度が早い記憶装置　<　キャッシュメモリ　<　より速度が遅い記憶装置
![スクリーンショット 2023-12-23 15.11.32.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/10e67f4b-ccf4-e204-e45f-4ec3fc48c43e.png)

# 様々な記憶装置
「補助記憶装置」には下記のようなものがある
■SSD:Solid State Drive
HDDより高速で衝撃に強い
■HDD:Hard Disk Drive
SSDより安価で衝撃に弱い

今はSSDが安価になってきたことにより、ほとんどのコンピューターはSSDを搭載している
大容量の保存をしておく必要があるデータセンターなどでHDDが使われる

USBメモリ・DVD・SDカード　も補助記憶装置
コンピューターから取り外せるものを特に「リムーバブルメディア」などという
（HDD・SDDはパソコンから取り外せない）

■「主記憶装置」にあたるもの
・（メイン）メモリ

■主記憶装置の性質
![スクリーンショット 2023-12-24 12.14.08.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/1bbe2c76-2973-885d-1646-d21d11237993.png)
・不揮発性：電源を切っても書き込んだ内容が消えない
（例のノートのようなイメージ）
・揮発性：電源を切ると書き込んだ内容が消える
（例の板書のようなイメージ）

■メモリの種類
・ROM:Read Only Memory
不揮発性
家電製品など（書き換える必要がない）

・RAM:Random Access Memory
揮発性
コンピュータのメインメモリなど

# 入出力装置
■プラグアンドプレイ
 繋げば使える仕組み
 ドライバのインストールなどを自動で行う
 通信方法などを定めたドライバと呼ばれるソフトが必要

■いろいろな無線規格
 ・Bluetooth
 イヤホンやマウスなど　ある程度の近くでやり取りを行う規格
 ・NFC:Near Field Communication
 スマホでのカード読み取りなど
 ・RFID:Radio Frequency Identifier
 洋服のタイミング　薄いもので通信ができるき規格

■プリンタの種類
・インクジェットプリンタ
家庭用プリンタの多くがこれでインクを吹き付ける
・レーザープリンタ
静電気でトナーをひきつけ、それを紙に転写する
・ドットインパクトプリンタ
伝票の印刷など圧力をかけて文字を打つ

# 様々な接続端子
コンピュータと外部機器を接続する端子はいろいろな種類がある
■USB TypeA
USBにはいくつか種類があり、Type◯と呼んで区別する

■Ethernet
ネットワーク接続に使用するケーブル
コンピュータ同士を接続して情報をやり取りしたり、インターネットと接続するために使用する

■USB TypeC
USBの中で新しいタイプ
TypeAなど他のUSB端子と異なり、裏表がなく、高速にデータをやり取りすることができる

■HDMI
映像出力を行う端子
テレビとの接続などに使用される

# マークアップ言語とプログラム
■プログラム
人間がコンピュータに命令を与えるための言語

■マークアップ言語
書いてあることに対して、コンピュータが理解できるタグをつけて意味をつけること

(例)下記文章にタグをつけてコンピュータが理解できるよう意味をつけている
<挨拶>おはよう<挨拶>
<質問>いかがお過ごしですか<質問>
<情報>私は元気です<情報>
<メイン>美味しいりんごを送ります<メイン>

・代表的なマークアップ言語
HTML:Hyper Text Makup Language
主にWebページに使用される

XML:Extensible Markup Language
様々な文章に使用される

# OSとインターフェース
■OS:Operating System
基本的な機能を提供するソフトウェア

■UI:User Interface
ユーザの操作を受け付ける方法

■UIのかたち
・CUI:Character User Interface
プログラムみたいに文字を入力していき指示を与えていくもの
一番最初のコンピュータはこれ

・GUI:Graphical User Interface
マウスでぽちぽち操作できる
直感的な操作ができる

・VUI:Voice User Interface
スマートスピーカーのような喋って情報をやりとりするような仕組み

■アクセシビリティ
主にWebサイトにおける情報へのアクセスのしやすさのこと

# ファイル
■拡張子
ファイルの種類を区別するために付加される文字
写真.png
テキスト.txt
音声.mp3
など

■ディレクトリ（フォルダ）
ファイルをまとめる入れ物

ディレクトリ階層構造
![スクリーンショット 2023-12-24 13.19.45.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/696acef0-8c84-15fc-0747-e72284172e22.png)
↑一番上の大元のファイルのことを「ルートディレクトリ」という

■場所の表し方
・絶対パス
ルートディレクトリから始めて絶対的にファイルの位置を示す
/home/c/.jpg
↑絶対パスであるという合図

・カレントディレクトリ
実際に作業している場所

・相対パス
例　aがカレントディレクトリだったとする
　　　　/c/.jpg
  eがカレントディレクトリ
　　　　../c/.jpg
  ↑相対パスで上の階層に戻る

# Info ファイル形式
■音声ファイル形式
・MP3(MPEG Audio Layer-3)

■画像ファイル形式
・JPEG(Joit Photographic Experts Group)
・GIF(Graphics Interchange Format)
・PNG(Portable Network Graphics)

■動画ファイル形式
・MPEG(Moving Picture Experts Group)

# ネットワーク
■ネットワーク
複数のコンピュータを繋いだもの

■ネットワークの分類
![スクリーンショット 2023-12-24 14.56.21.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/3b2daa2d-0431-314f-edf2-e6a1cfa12ee9.png)

■LAN:Local Area Network
比較的狭い範囲のネットワーク
例として、上イメージ図の支店部分の枠

■WAN:Wide Area Network
比較的広い範囲のネットワーク
例として、上イメージ図の外枠部分

■MACアドレス
ネットワーク機器に対して製造時に割り当てられる式別子

■bps(bit/s)
1秒間に送ることのできるビット数
この値が大きいほど速く通信ができる

# TCP/IP
世界中で通信ができるようにするためには
共通の言語（ルール）が必要　＝　プロトコル

■TCP/IP
インターネットを支える基本ルールのセット

どのようなデータ形式にするか
どうやって信頼できる通信を実現するか
どうやって目的地まで運ぶか
どのようなケーブルで接続するか
など

■パケット
送受信のために分割されたデータの塊
細かく分けることで効率的にやりとりできる

■IPアドレス
ネットワーク上の住所のようなもの

現在使用されているものに2つのバージョンがある
・IPv4
現在メインで使用されている　32bit
162.168.11.2

・IPv6
IPv4の後継にあたり普及中　128bit
2001:db8:: 1234:0:0:9abc

階層性があり、効率よく目的地を探すことができる

■グローバルIPアドレス
世界中で一意となるように割り振られる
重複がないように

■プライベートIPアドレス
同一ネットワーク内で一意となるように割り振られる

TCP/IPに含まれるIPアドレスに関するプロトコル

■NAT:Network Address Translation
グローバルIPとプライベートIPを相互に変換する仕組み

■DHCP:Dynamic Host Configuration Protocol
自動的にIPアドレスを割り当てるプロトコル

# Webの仕組み
■クライアントサーバモデル
クライアントとサーバという二つの役割にわけることで
効率的な処理の実現を目指す仕組み
![スクリーンショット 2023-12-24 15.28.53.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/96107f97-ba46-33b9-8317-995c62c4d121.png)

■Webサイトを表示する仕組み
```
http://www.xxshop.com
```
全体をURL:Uniform Resource Locator
//より後ろを「ドメイン名」という

■Webサイトを表示する仕組み（WWW:World Wide Web）
![スクリーンショット 2023-12-24 15.42.34.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/823a1d90-70ff-5dce-8c49-fd655ed033c2.png)

■DNSサーバ:Domain Name System
ドメイン名とIPアドレスの対応を管理するサーバ

# ネットワークサービス
■代表的なサービスプロトコル
・HTTP Webページの転送
・HTTPS　暗号化されたHTTP
・FTP ファイル転送
・NTP　時刻あわせ
※p.はprotocolの意味

・電子メール
例　taro@abc.co
taro部分が「ユーザ名」
@より左の部分が「ドメイン名」
To 宛先
CC　カーボンコピー
BCC　ブラインドカーボンコピー

・メールの形式
①テキストメール
文字と記号で構成され見た目がシンプル
②HTMLメール
画像や装飾など様々な要素を設定できる

■電子メールに関するプロトコル
・SMTP　：送信・転送
・POP（ポップ）　：受信
・IMAP（アイマップ）：受信
![スクリーンショット 2023-12-24 16.14.14.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/966f066d-8db6-de9a-37fa-ac305726eb6c.png)

# データベース
■データベース
関連付けて保存されている数値などの情報の集まり

■リレーショナルデータベース（RDB）
関係性を持ったデータの集まり

■データベース管理システム（DBMS:DB Management System）
データベースから目的のデータだけを抽出したり、集計などの操作に使う
MySQL、PostgreSQLなど種類がある

■SQL
DBMSに指示を与えるための言葉

■主な関係演算
・挿入：新たなレコードを追加する操作
・更新：フィールドのデータを書き換える操作
・選択：特定の行を取り出す演算
・射影：特定の列を取り出す演算
・結合：複数のテーブルをくっつける演算

# データベースの設計
■ACID(アコイド)特性
データベースにおける処理に必要とされる特性
・Atomicity：不可分性　中途半端な処理を許さない
・Consistency：一貫性　ルールを破る処理を許さない
・Isolation：独立性　複数の処理が混ざらない
・Durability：永続性　データを安全に保管する

これらの特性を満たすDBMSはデータを操作する必要がある

■正規化
データの整合性を保つために行う最適化処理

■トランザクション
一連の処理のまとまりのこと

■排他制御
複数のクライアントが同時にデータベースを操作するとき
整合性を保つために操作に制限をかけること

# システム構成
■システム処理の形態
・リアルタイム処理
![スクリーンショット 2023-12-30 22.10.04.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/d7ee2bb0-f309-9328-f9ae-151c2a6b7c24.png)

・バッチ処理
![スクリーンショット 2023-12-30 22.10.04.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/2518994/a87e4e48-e6c9-33f8-7111-8ac366b5dcb3.png)

■信頼性向上を目的とするシステム構成
・デュプレックスシステム
2つの同じシステム系のうち片方を予備として待機させておく
→障害に対応する

・デュアルシステム
2つのシステム系を同時に動かし結果を比較する
→処理の信頼性を高める

・レプリケーション
一定の間隔でデータを複製して障害に備える仕組み
→片方が壊れてもデータを失わずに済む

・P2P;Peer to Peer:ピアツーピア
サーバを介さない分散処理の仕組み
近年、特にブロックチェーンなどとともに注目されている
参加者全員でデータを管理する

・グリットコンピューティング
インターネット上のコンピュータを同時に使用して
分散して並列に処理を行うシステムの形
地理的に離れた場所にあるコンピュータを
1台の大きなコンピュータのように扱える

# OSS
■OSS:Open Source Software:オープンソフトウェア
ソースコード(ソフトの設計図)が公開されていて
誰でも自由に改変・再配布ができるソフトウェアのこと

OSSの例
Android:携帯端末向けOS
MySQL:データベース操作
WordPress:Webサイト作成

■DRM:Digital Rights Management
ディジタル著作権管理

■CPRMS:Content Protection for Recordable Media
DVDなどに施されるコピー制御企画

■AACS:Advanced Access Content System
ブルーレイディスクに施されるコピー制御規格

# IoTデバイス
■IoT:Internet of Things
さまざまなものをインターネットに接続しようとする考え方や仕組み

■テレマティクス
車などの移動体にサービスを提供すること

■エッジコンピューティング
なるべく端末に近い場所で処理を行い
負荷を分散させるネットワーク処理の考え方
膨大な量のデータを集めるIoT機器と相性の良い仕組み

IoTを支える技術
■LPWA:Low Power Wide Area
長距離通信を低消費電力で行うことができる技術

■BLE:Bluetooth Low Energy
Bluetooth通信を低消費電力で行うことができる技術

どちらも低消費電力であることが特徴

IoTを活用するこれからのコンセプト
■インダストリー4.0:第四次産業革命
データを活用する自動化工場であるスマートファクトリーを中心としたこれからの産業コンセプト

■スマートシティ
ビックデータなどを活用して街全体で最適化をおこなおうというコンセプト