■復習
- キーボード。速い。配列覚えるには、見ないで打つ。
- 文字端末。シェル。Unix の基本は文字による対話。
- パスワード。必ず安全なものを付ける。 調べれば分かるものをつけない。一人だけの問題ではない。
- ログインの意義。必ずログアウトすること。
- World Wide Web とハイパーテキスト。
- URL は、本当は難しい。
■補足
- Caps lock。大文字を続けて打つためのキー。ユーザ名やパスワードを打 つ時には、特に注意する。
- Command キー。「※」のようなキー。リンゴのマークがある。 Apple 独自のキー。Apple キーともいう。
- 文字「~」。フォントによって、形が違う。
- 印刷で lprint コマンドは、整備中でまだ使えない。
- MacOSX の多くのプログラム（ウインドウを表示するもの）は、「ファイ ル」メニューから「プリント」を選ぶと印刷できる。
■情報処理の３つの形態
コンピュータは、情報を扱うための機械。 情報や情報処理の定義は、けっこう難しい。新城の定義。情報とは、コピーしても同じものと思えるもの。物は、コピーす ると別のものになる。お金は、情報だがコピーしてはいけない。
新城の定義（その２）。情報とは、情報処理の対象となるもの。情報処理とは、 次の３つ。
- 計算(computation)
- 数の加減乗除、文字列の比較・置き換え、選択など。 プログラミング言語でできることは、主にこれ。 メモリ中のものしか計算の対象にならない。 CPUは、メモリ中のデータしか書き換えられない。
- 通信(communication)
- データをあるコンピュータ（プロセス）のメモリから別のコンピュータ（プロ セス）のメモリにコピーすること。
- 記憶(storage)
- 「整理」して、永続的な記憶にコピーする。
- 記憶媒体を移動させる／共有すると通信になる。
- 通信内容を保存することもできる。
ディジタル・コンピュータによる情報処理
- 情報を「ビット列」に変える(符合化)。
- ビット列を、プログラムに従って処理（計算、通信、記憶）する。
- プログラムもまたビット列として与える。
人間による情報処理
内部でどうやっているかは、よくわからない。外から見える人間の情報処理
- 計算(computation)
- 数の計算。１＋２＝３。
- フィルタリング。必要な情報を選び出す。
- 編集
- 講義を休む。
- 通信(communication)
- 電話する。
- 黒板に字を書く。
- マスメディアを使う。テレビ、新聞、放送。
- 直接会って会話する。ボディ・ランゲージ。non-verbal (非言語的)
- 記憶(storage)
- 紙に字を書く。
- 覚える。
- ＨＤＤレコーダでテレビ番組を録画する。
人間の対話では、実は、non-verbal 的な情報(文字にならない情報)のやり取り が多い。非言語的な情報は、コンピュータで扱うことは苦手。
■コンピュータの構成要素
- ハードウェア
- CPU, メモリ, ハードディスク、キーボード、マウス、ディスプレイ、ネットワーク
- ソフトウェア
- アプリケーション・ソフトウェア
- ＷＷＷブラウザ
- 電子メール・リーダ
- ワードプロセッサ
- ゲーム
- システム・ソフトウェア
- オペレーティング・システム
- プログラミング言語処理系
- ネットワーク・プロトコル通信プログラム
- データベース
- アプリケーション・ソフトウェア
◆ハードウェア
図? ハードウェアの構成要素
◆記憶のためのハードウェア
コンピュータの中では、いろいろな種類の記憶のための ハードウェア、すなわち、メモ リが使われている。もっとも重要なものは、メインメモリ（主記憶）と呼ばれ ているもので、単にメモリといった時には、メインメモリを差す。メインメモリは、ＩＣ（Integrated Circuit、シリコンという元素による半導 体で作られた電気回路）でできている。その他に、ハードディスクやフロッピ・ ディスクも重要な記憶のための部品である。
- メモリ(RAM(Random Access Memory))
- 実行中のプログラムを保持する。加工するデータを一時的に保持する。 非常に速い。容量は、ハードディスクよりは小さい。値段が高い。 (揮発的(電源を切ると消えてしまう)。)
- ハード・ディスク (HD(Hard Disk), HDD(Hard Disk Drive))
- プログラムやデータをデータを保持する。 容量は、メモリより大きい。値段が安い。 (永続的である(電源を切っても残っている)。)
保存する＝＝書く、取り出す＝＝読む
ビット(bit)
ディジタル・コンピュータであつかえる情報の最小単位。１ビットの情報で表現できること
- ない／ある
- 白／黒
- 偽／真
- ０／１
バイト(byte)
コンピュータでは、８ビットをまとめて扱うことが多い。 ８ビット＝＝１バイトという。１バイトあるとできること
- 英語のアルファベット、大文字小文字、数字、記号など１文字
- ０から２５５までの数
- 白から黒まで２５６階調の濃淡
- キーボードのキーの区別（２５６個まで）
◆ワード
あるコンピュータで最も効率よく計算できるビットの数。コンピュータによっ て異なる。３２ビット（４バイト）のものが多い。◆ブロック
ハードディスクなどの記憶媒体とは、１ビット単位や１バイト単位では情報を 読み書きできない。もっと大きな単位でしか読み書きできない。 入出力する単位をブロックと呼ぶ。１ブロックは、５１２バイト〜８１９２バイトが多い。 記憶媒体によって違う。
◆表記
次のような記号が使われることがある。- b (小文字)
- bit
- B (大文字)
- Byte
情報量の単位、ビットやバイトには、次のような係数とともに使われる。
- K (キロ(kilo-)、ケイ)
- 1 K == 1000 または 1024
- M (メガ(Mega-))
- 1 M == 1000 K または 1024 K または 1,000,000 (100万)
- G (ギガ(Giga-))
- 1 G == 1000 M または 1024 M または 1,000,000,000 (10億)
- T (テラ(Tera-))
- 1 T == 1000 G または 1024 G または 1,000,000,000,000 (1兆)
◆計算のための部品
CPU (Central Processing Unit、中央処理装置、中央演算装置)は、コンピュー タの計算を行う部品である。MPU (Micro Processing Unit) と言われることも ある。
CPU は、内部に 数が少ないが、計算の中間結果を置くための高速な 小容量の記憶のための部品（レジスタ）と 計算のための部品（ALU、Arithmetic Logic Unit）を持つ。
CPU は、次の動作を、ひたすら繰り返す
- メモリから命令を取り出す。命令を取り出す 番地を保持しているレジスタをプログラム・カウンタと いう。命令を取り出すとプログラム・カウンタを増やす。
- 命令に従い、次のような動作を行う
- メモリからレジスタにデータをコピーする。
- レジスタからメモリにデータをコピーする。
- レジスタとレジスタの内容を、ALU をつかって計算し、レジスタに保存する 足し算、引き算、掛け算、割り算、AND、OR、NOT、シフト、その他
- プログラム・カウンタの値を、 単純に増やすのではなく、 指定された番地に設定する。
CPU は、メモリ（主記憶）に入っいているプログラムに従って、やはりメモリ （主記憶）に入っいているデータを操作する。CPU が実行できるプログラムは、 機械語と呼ばれる。
CPU の種類によって、プログラム(機械語)が違う。 プログラム（ソフトウェア）を買う時には、CPU の種類に気をつける。
- PowerPC
- Pentium
- SPARC
CPUが速いほど、計算は速い。CPUの速さは、クロックの周波数(単位は、Hz)を 目安にできる。たとえば、1GHz の CPU は、2GHz の CPU の２倍の速度が 出ると期待できる。ただし、CPU の種類が違うと直接的な比較はできない。
１つの機械語は、単純なことしかできない。
- データのコピー
- 条件判定、繰り返しのための命令（ジャンプ命令）
コンピュータの処理には、CPU による加工だけでなく、加工を伴わな いコピーもかなり多い。コンピュータの性能を決めるのは、CPU の計算だけで はない。特にハードディスクからメインメモリに対するコピーの速度や、ネッ トワークを経由したコピーの速度も大きな影響を与える。
メインメモリをたくさん積むと、ハードディスクからメインメモリへのコピー の回数が減らせる。前にメインメモリにコピーしたデータを、それだけたくさ ん残しておけるからである(ディスク・キャッシュ)。
クロックとは、コンピュータの内部でタイミングをとるために使われている、 一定時間ごとに０と１が交代するようになっている電気信号。
クロックの速度は、時間で図る（小さい方がよい）よりも、その逆数の動作周 波数（大きい方がよい）で図ることが多い。
iMac は、2,100,000,000 Hz。
1 clock [s] == 1/(2,100,000,000 [Hz]) == 0.476 ナノ秒
◆キャッシュ
メモリは、CPU と比べると遅すぎる。 小容量の高速なメモリ(キャッシュ)を CPU の近くに置く。| ハードウェア | 時間 |
|---|---|
| レジスタ | 1クロック |
| L1キャッシュ | 数クロック |
| L2キャッシュ | 10クロック |
| メインメモリ | 数十クロック |
| ハードディスク | 数百万クロック |
◆通信のためのハードウェア
日を改めて。■情報量の感覚
慣れないうちは空間や距離の感覚に置き換えるとよい。- 1 ビット
- 白と黒の区別
- 1 バイト (8ビット)
- ヨーロッパ系文字 1 文字。256色。
- 2 バイト (16ビット)
- 日本語の漢字 1 文字。60000色。
- 3 バイト (24ビット)
- 1677万色(2の24乗)。コンピュータのモニタの画素の色数。
- 4 バイト (32 ビット)
- 現在広く使われているコンピュータが 一度に計算できる情報量。整数なら40臆程度まで。
- 256 ビット (32バイト)
- 16ドット×16ドットの白黒の画像（ビットマップ）で 漢字 1 文字を表現した時の情報量。
- 数 k バイト
- 典型的な電子メール１通の大きさ。数千文字。
- 8k バイト (8000 バイト、64 k ビット, 64,000 ビット)
- １秒間に電話の品質で音声を記録した時の情報量。
- 1 M バイト (1,000,000 バイト, 8,000,000 ビット)
- フロッピディスク１枚に保存できる情報量。
- 256M バイト〜8GB バイト
- 一度にメインメモリに入る量(構成によって違う)
- 640M バイト (640,000,000 バイト)
- CD 1 枚に保存できる情報量。
- 4.7G バイト (5,000,000,000 バイト)
- DVD 1 枚(片面２層)に保存できる情報量。
- 50 G バイト〜500G バイト
- ハードディスクの容量(構成によって違う)
◆符号化
コンピュータで扱えるように、情報をビット列（符合、コード）に対応さ せる。■数の符号化
１ビットで表せるのは、２種類。０と１を表現できればよい時には、１ビット でもよい。もっと大きい数を扱う時には、複数ビットをまとめてあつかう。 ビットごとに、 20 21 22 23 ... と 重みを変える(２進法)。 たとえば、
101 (２進法)
だと22+20== 4 + 1 == 5 (１０進法)
を意味する。◆２進数、１６進数、１０進数
----------------------------------------------------------------------
２進 １６進 １０進
----------------------------------------------------------------------
0 0 0
1 1 1
10 2 2
11 3 3
100 4 4
101 5 5
110 6 6
111 6 7
1000 8 8
1001 9 9
1010 A 10
1011 B 11
1100 C 12
1101 D 13
1110 E 14
1111 F 15
10000 10 16
----------------------------------------------------------------------
１６進数（１６進法）では、１０進で 10 から 15 の代わりに、アルファベッ
トのA から F を使う。１６進数の計算ができる必要はないが、
転記する必要がでてくることがある。
- 漢字コード。漢字の打ち込み。漢和辞典との対応。
- World Wide Web での色の指定。
◆コンピュータで扱える数の種類
整数と小数に分けられる。◆整数
ビット数によって、扱える範囲が違う。- 1ビット (0-1)
- 2ビット (0-3)
- 3ビット (0-8)
- 4ビット (0-15)
- 8ビット (0-255)
- 16ビット (0-65535)
- 32ビット (0-4294967295)
- 64ビット (0-18446744073709551616)
- 8ビット (-128-127)
- 16ビット (-32768-32767)
- 32ビット (-2147483648-2147483647)
- 64ビット (-9223372036854775808-9223372036854775807)
２の補数は、算盤で負の数を扱う時と同じ方法。 −ｎを、ｎを加えると、０（桁溢れ）になるよう。
◆小数
- 固定小数点(fixed point)。
- 浮動小数点(floating point)。
◆浮動小数点(floating point)
m × R e
指数部 e と小数部 m の組で、小数を表す。e, m は整数。R は、2 が使われ ることが多い。(10 が使われることも、16 が使われることもある。)
