2017年度春学期・(火I ) n第3回目「コンピュータの仕組み」（読き） 4.コンピュータの動作原理(その1) 5.コンピュータの歴史「数と文字の表現」 8. 1ビット・1バイト●最初に講義資料は、http://astro.u-gakugei.ac.jp/~nishiura →「西浦クンの講義室」に縮小版(PDFファイル)を置く予定東京学養大学自給科学系宇宙地球科学分野講師百泊情報4.コンピュータの簡介原理(その1) $3回目●基本論理回路 これらを組み合わせることで、様々な回路が組み立てることができる。 ① NOT回路入力信号と反対の出力を行う回路。否定回路、反転回路やインバータとも呼ばれる。 4.コンピュータの時仲原理(その1)第3回目② AND回路論理積回路とも呼ばれる。入力信号Aと入力信号Bがともに「真(1)」 4コンピュータの自作原理(その1) #3回目(3) OR国路論理和国路とも呼ばれる。入力信号Aと入力信号Bのいずれかが「真入力A入力B出力• OR回路の回路記号
入力A -田カ入力日← OR回路の4 (0)偽( 0 )偽( 0 ) 「真理値数」
4.コンピュータの最作原理(その1)
対3日日・NAND回路ナンド回路と呼ぶ。「Not AND」の意味。AND回路とNOT回路を組み合わせたもの。入力信号Aと入力信号Bがともに「真(1)」の時のみ、「偽(0)」を出力する。
田カ• NORO皆ノア園路と呼ぶ。 [Not OR]の意味。 OR園路とNOT園路を組み合わせたもの。入力信号Aと入力信号Bがともに「真(1)」の時のみ、「偽(0)」を出力する。
田カ6.コンピュータの歴史・紀元前2世紀、アンティキティラ島の機械。古代ギリシャ人によって作成されたと思われる世界最古の歯車式計算機。1901年に沈没船から回収され、その後、洗浄、分析、復元などが誠みられている。天体の運行を予測する計算機であるらしく、太陽と黄道12星座を示す目盛りや、太陽・月の位置や月相、惑星の運行を示す針、日食などの表示などが備わっている。ガンマ線やX線写真による詳細な内部構造の分析が行われ、復元品の作成も行われている。 ←アンティキティラ島の機械の復完品(アテネ国立考古学博物館所蔵: Wikipediaより) 1620年エドマンド・ガンター（英）が、「対数尺」を発明する。これを元に、後に「計算尺」（対数の原理を利用して、乗降算、三角関数、対数、平方根などを計算できる）が作られる。現在では、関数電卓の普及で、多くのメーカーが製造中止。 |ヘン日計算尺P45S (Wikipediaより) 4.コンピュータの動作原題(その1)第3回目• XOR回路  EOR回路、EXOR回路、操他的論理和回路とも呼ぶ。Exclusive ORの意味。
6.コンピュータの歴史
第3回目本本、「コンピュータとは何か」を定義する必要があるのだが・・ ●古代のコンピュータ(？)アバカス（＝ absous、広い意味での「そろばん」）元来は、板の上に清を彫り、そこで小石や豆などを動かすことで計算を行った通具。 ・紀元前6世紀、古代ペルシャ・アケメネス朝で使われ始める。 ・紀元前5世紀、古代ギリシャでテーブル型のものが使われ、古代ローマなどにも伝わったとされる。また、古代ギリシャのヘロドトスが、古代エジプトのアバカスについて記している。 ・紀元前2700～2500年頃、古代メソポタミア・シュメールでアバカスが使われていた。 ・紀元前300年頃、1846年、ギリシャのサラミス島で、古代ギリシャ時代のものと思われるアバカスが発見されている。最古の計算盤と見なされている。 ・紀元前1世紀、ホラティウスが古代ローマのアバカスについて記録している。紀克1世紀の言代ローマの(アバカスについては以下略)アバカスを復元したもの。→ (Wikipedia上り)
6.コンピュータの戸地
成3回目• 1823年,チャルズ・バペッジ（英）が、多項式の計算から対数表や三角関数表を作成する階差複関(difference engine), 1834年からは蒸気機関で動く汎用針算機である解析機関(analytical engine)の開発を目指したが、実現しなかった。プログラム可能な計算機だった。 • 1936年数学者アラン・チューリング(英)が計算を行う機械として、無数一タの読み込み・書きに区面化された一本のテープと、テープに対してデータの読み込み・書き
込みを行うための一個のヘッド、という構成を考案する(チューリング・マこの機械は幾つかの"状態"を持ち、テープから誘み出したデータとこの"状態"の組み合わせによって、1）ヘッドをテーブ上で1区面関かす、2）ヘッドのあるテープの区面にデータを書き込む、3）"状態を変更する、のいずれかの処理を行う。チューリング・マシンは、原理上、一定の手順を設定することで、あらゆる計算を実行できる。同じ年にエミール・ポストも同様の計算機械を考案している。 ←チューリング・マシンの概念図-thi 6.コンピュータの巨史$3回目• 1947年 AT&Tベル研究所のジョン・バーディーン（John Bardeen）とウォルター・ブラッタン(Walter Houser Brattain)が点接触型トランジスタを発明。 1949年 AT&Tベル研究所のウィリアム・ショックレー (William Bradford Shockley Jr.)が接合髪トランジスタを発明. 1952年ショックレー (Shockley)が電界効果型トランジスタを発明。接合も存在する。は流れない。小さい電流の量でコントロールされる。
6.コンピュータの日史
・1945年ジョン・フォン・ノイマン（John von Neumann）が、ジョン・ ークリー (John William Mauchly)、ジョン・エッカート（John Presper Eakert）とともにデジタル式電子計算機EDVAC（＝ Electronoc Discrete Variable Automatic Computer )を開発した際に、それに関連した論文内でプログラム内蔵型コンピュ分について言及した。注）ノイマンが理論面、モークリーとエッカートが技術・開発面を受け持っていた。そのため、三者の連名であってもよいはずの論文であり、成果をノイマンのみに標することについては疑問を持つ者も少なくない。 (フォン・ノイマ) →フォン・ノイマン型コンピュータ、ノイマン型アーキテクチャ(Wikipediaより)コンビュータの五大要素である、演算装置、記憶装置、制御装置、入力装置、出力装置、から構成される。当時のコンピュータは、メモリにはデータが雲かれ、プログラムは外部から入力していた。 →内蔵型プログラム(＝ストアドプログラム)方式→現在のほとんどのコンピュータは、ノイマン型である。
6.コンピュータの戸地
• 1949年ノイマンのEDVACのレポートに触発されて、モーリス・ウィルクス（英）とケンブリッジ大学数学研究所のチームがEDSAC(= Electronic Delay Storage Automatic Calculator)を開発。「寒用的なプログラム内蔵式コンピュータ」としては世界初のもの。アセンブリ書語で書かれたプログラムを、孔を空けた紙テープによってEDSACに読み込ませた。ケンブリッジ大学内の様々な計算に使用された。 • 1951年ENLACの開発チームが、ENLACの後継機として、プログラム内蔵式コンピュータEDVACを開発。モークリー＆エッカートと
ベンシルバニア大学の間で特許問題が生じたため、開発が遅れたらしい。 1952年通産省工業技術院電気試験所(現・産業技術総合研究所）が、デジタル式リレー計算機ETL Mark Iを問免。 1956年富士フィルムの岡崎文次が日本初の電子計算機FUJICを開発。レンズ設計の計算に使用された。
6.コンピュータの目安
1946年ベンシルバニア大学のジョン・モークリー (John William Mauchly)とジョン・エッカート(John Presper Eckert)がデジタル式電子計算機ENIAC (= Electronic Numerical Integrator and Computer)を開発。アメリカ陸軍で主に弾道計算に用いられた。毎秒約5000回の加減算、等秒385回の乗算、等秒40回の除算、等秒3回の平方根計算が可能だった。 ENIACは幅約30m、奥行き約1m、高さ約2.4m、総重量27トンで、17,000本以上の真空管や7000個以上のダイオーなどが使用されていたが、秘動当初には、毎日發本の真室管が破損し、その修理に毎回30分ほどかかった。 1948年マンチェスター大学のフレデリック・C・ウィリアムスとトム・キルバーンが、初のプログラム内蔵型コンビュータManchester Small- Scale Experimental Machine ( = SSEM:通称、The Baby) | The Baby(wikipediaより)を開発。 6.コンピュータの歴史1958年テキサス・インスツルメンツのジャック・キルビとフェアチャイルド・セミコンダクターのロバート・ノイスが、それぞれ独立にIC (integrated Circuit ＝集積回路)を関発した。 IC（集積回路）様々な機能に対する回路構成は、ほぼ決まっており、複雑な回路を一つの小さな半導体にまとめて作りこんだ電子部品の総称。現模によって、 SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI、GSIなどと呼ばれるが、慣例的に比較的小規模なものをIC,大規模なものを
• 1975年米MITS社が世界初の消費者向けコンビュータAltai 8800を組み立てキットで発売。 • 1977年アップル社からApple IIが発売される。 • 1979年 NEC社からPC-8001が免売される。
6. 1ピット・1パホ
第3回目●文字の表現ーつ一つの文字を、2進数の符号に対応させる（符号化＝エンコード）。 ・アルファベット26文字×2(大文字、小文字): 52個• 10進数の数字= 0～9 : 10個•その他の記号：そこそこ1ビット→2個、2ビット→4個、3ビット→8個、 8 bitあれば余裕で表現4ビット→16個、5ビット→32個、6ビット→64個できる。 7ビット→128個、8ビット→256個8 bitの情報量＝ 1バイト(Byte) |  ⇒ ⇒ 1バイト文字日本語の表現では多くの漢字を扱うため、1バイトでは足りず、2バイト、つまり16 bit (65,536まで巻現可能)で行われる→ 2バイト文字日本語文字では、印刷・組版の慎用語から、2バイト文字を全角文字、これに対して、1バイト文字を半角文字と呼ぶ。トウキョウガクゲイダイ（全角）トウキョウカクケイダイ(半角)第3回目●文字コード（主に漢字コード） • ASCII (= American Standard Code for Information Interchange)数字やアルファベットをコンピュータ上で扱うための符号化方式(文字コード)。 • ISO/IEC 646 ASCIIを元に規定された国際標準化機構(ISO)標準の文字コード。 • JJS選キコード日本工業規格として制定された漢字コード。 • ISO-2022-JPインターネット上で用いられる日本語用の文字符号化方式。 • Shift-JIS運キコードJISコードの空いたコードを詰める・埋めるなどによって作られた漢字コード• ECU-JP (= Extended UNIX Code Packed Format for Japanese、日本語EUC）日本語をUNIX上で用いるための文字コード（符号化方式）の一つ。 • Unicode文字符号化方式や符号化文字集合などを定めた規格。世界中で使われる文字を共通に利用できるように定められた。 UTF−7、UTF−8、UTF−16、UTF− 32. UTF-9など。
8. 1ピット・1バイト
●ゼロと自然数の表現| 1 | 0 | 1 | → [ 0 ]と「 1 」のみで表される3ケタの数字とみなす。 →「2進致」の数字1×2²+0×2¹+1×2°=5 ololol = o 0 0 1 = 1 | | | [1]ロコー 4 - [1]ロコー 5 [1][1]= 6  [1][1] = 7 = (1,13), = (1,D), 2進数であることを明記するためには、 「基数変換」 = (1D),括弧を用いて、(101) 2と数記する。
本日の演習(その2)
美3国目
電卓(他のアプリケーションでも可)を用いて様々な数の基数変換を行う。 •電卓を起動する→「スタートメニュー」→「すべてのアプリ」 →「電車」 ・電車を「プログラマー」仕様にする→友上の「三」 →サイドメニュー中から「プログラマー」を選択MacOS Xの場合• Finderの「アプリケーション」 →「社員根」さらに、 →「表示」→「プログラマ」 （注意） (153) 10を、2進数、8進数、16進数に基数変換せよ。 「Bin」→ 2連敗② (110010),を、10進数、16進数に逃数変換せよ。 「Oct」→ 8連数「Dec」→ 10連数(3) (5B) 18を、2進数、10進数に基数変換せよ。 「Hex」→ 16連数