1. 計算機理論入門
2012 年度後期
垂水共之
tarumi@ems.okayama-u.ac.jp
20121002 講義後誤り修正

2. 計算機とは
• Hardware
– 実際の処理を行う
• Software
– 処理手順の記述

3. Hardware
• 構成要素 ５大装置
– 中央処理装置
• 演算装置
• 制御装置
• キャッシュメモリ
– 記憶装置
• 主記憶装置
• 補助記憶装置
– 入力装置
– 出力装置

4. • 入力装置から入力されたプログラムは記
憶装置上に記憶される。
• 制御装置は、記憶装置にあるプログラム
を順次引出し、その命令の種類を判断し
、 演算処理装置に四則演算をするよう
指示したり、出力装置に結果の出力（表
示）を指示する。

5. 入出力装置（ I/O unit ）
• 入力
– 計算機に情報を与えること
• 出力
– 計算機から結果を表示・書き出すこと
• 入出力
– 入力、出力をまとめた総称

6. 入力装置
• 人間が理解できる「外部表現」から、
計算機が理解できる「内部表現」への変換装
置
• 代表的な入力装置
– キーボード
– マウス
– イメージ・スキャナ
– バーコード・リーダー
• QR コード
– マークシート・リーダー OMR
– 音声入力
– 光学文字読取
（ OCR optical character reader ）
– 各種センサー

7. 出力装置
• 計算機が理解できる「内部表現」から、
人間が理解できる「外部表現」への変換装置
• 主な出力装置
– ディスプレイ装置
• ブラウン管（陰極線管） CRT Cathode ray tube
• 液晶モニタ LCD Liquid crystal display
– プリンター printer
– 文字出力
– グラフ出力
– 白黒出力
– カラー出力

8. 中央処理装置 CPU central processing unit
• （算術論理）演算装置 ALU arithmetic and
logic unit
– 数値演算
• 四則演算 基本は足し算（加法）
– 論理演算・比較演算
• 真 (true) 偽 (false)
• （逐次）制御装置 control unit
– メモリにある処理手順を順に処理する

9. ６４ bits CPU
• 一度に処理（計算）できる桁数
– 内部では２進数で計算
– ２進数での桁数
– ２進数１ケタ＝ 1bit （ビット） =0 か１の 2 つ
の状態
– ビット数が大きいほど、計算できる範囲が広
い
８の倍数
• 近年の CPU の発展
– 4bits, 8bits, 16bits, 32bits, 64bits
６の倍数
• 歴史的には
– 24bits, 36bits, 60bits

10. 計算速度
• MIPS Million Instructions Per Second
– 1 秒間に処理できる命令数
– Million = 100 万
• GFLOPS Giga Floating Operations Per Second
– 1 秒間に処理できる実数演算（浮動小数点演算）
の命令数
– Giga = 1000million
– 実数演算は整数演算の 10 倍から 30 倍程度時間が
かかる
• スーパーコンピュータ 京（けい）
– 1 秒間に１京回
– 1 京 =10,000,000,000,000,000=10P( ペタ )

11. 記憶装置
• 主記憶装置
4GB ～ 8GB
– プログラム、データ、演算結果の格納
• 補助（外部）記憶装置 1TB ～ 2TB
– 低速であるが、大容量、不揮発（電源を切っても
記憶している）
• キャッシュメモリ
– 1 次キャッシュ CPU に内臓（最高速） １ MB
– 2 次キャッシュ 主記憶より高速

12. 主記憶装置
• 記憶素子（ LSI Large Scale Integrated
Circuit)
– RAM Random Access Memory
– ROM Read Only Memory
• 書き込み（変更）ができない。

13. 補助（外部）記憶装置 固定式
• ハードディスク・ドライブ HDD
– 円盤の直径により 3.5, 2 インチ
– 容量は１ TB~2TB が現在の主流

14. 補助（外部）記憶装置 可搬式
• 磁気方式
– FD Floppy Disk
• 直径の大きさによって、 2, 3, 3.5, 5.25, 8 インチがあっ
た
• 一番良く使われた 3.5 インチ FD で 1.44MB 程度
• 光方式 640MB
– CD Compact Disk 4.7GB
– DVD Digital Versatile Disk 25GB
– BD Blu-Ray Disk
– 何れにも ROM, -R, -RW などがある
– DVD, BD には 2 層式の DL(Double Layer 、容量は
倍)も

15. 補助（外部）記憶装置 可搬式
2
• フラッシュメモリ方式
– USB メモリ
– SD カード
• 最大 ２ GB
• 標準サイズ、ミニ、マイクロ
– SDHC カード
• 現在は 64GB まで

16. 1.44MB 3.5 インチ FD
• 文庫本５冊程度の内容が記憶可能
• 梅棹忠夫著「知的生産の技術」が１６行４２
文字のページ立てで２１８ページ
（ 16×42×218 ＝ 146496 文字、日本語１文字
は２Ｂを使用するため 146496×2 ＝ 292992B
＝約 286 ＫＢ。 1.44 ＭＢのフロッピーに 5
冊分記憶できる
• ＳＦの傑作、アシモフの「銀河帝国の興亡
１」（東京創元新社文庫）。これはページ数
が多く、 18 行 43 文字立ての本文 343 ページ
、約 519 ＫＢでＦＤ１枚に 3 冊弱分がはいる

17. 閑話休題
• 昔入力装置として最もポピュラ－
なものは「穿孔カ－ド入力装置」
であったが、今ではほとんど利用
されなくなった。「穿孔カ－ド」
はカ－ド穿孔機により穿孔された
８０欄カ－ドを用いる。１文字で
もタイプミスするとカード１枚作
り直すことになる。さらに機械的
にカードに穴をあける、その音の
すさまじさよ。
• プリンタも 132 文字同時にインパ
クトとしていたラインプリンタか
ら、１文字ずつのインパクトのシ
リアルプリンタをたどり、現在の
ページプリンタのようなノンイン
パクトプリンタが主流になり、
やっと家庭でも使えるようになっ
た。

18. プリンタの種類
• 印字方式による分類
– インパクトプリンタ ハンマーで叩くことにより印字する
音がうるさいが、カーボンコピー
が作れる
– ノンインパクトプリンタ
• 熱転写式プリンタ インクを熱でとかして転写する
• 感熱式プリンタ 「感熱紙」と呼ばれる特殊な用紙に熱を与えて
発色させる
• レーザー コピー機械と同じ原理で、トナー
（黒い炭素の粉末）を磁化させて熱で定着
させる
• インクジェット、バブルジェット
液体状のインクを吹き付けて印字する
• 色による分類
– 白黒プリンタ
– カラープリンタ
• ラインプリンタ（ LP Line Printer ）
– 1 行分まとめて同時に印刷
• 頁プリンタ

19. プリンタの解像度
• Dpi = dots per inch
– １つの点（ドット）の細かさを表す指標としてｄｐ
ｉという単位が使われる。
– １インチにいくつのドットを出せるかを表す。
– 値が大きいほど解像度が高く、きれいな印字になる
。
– レーザープリンタで 600dpi から 2400dpi
– インクジェットプリンタで 360dpi から 720dpi 程度
– 活版印刷の代わりになるものとして 1200dpi から
6000dpi 程度のものもあるが、値段が高くなる。
• スキャナの解像度も dpi であらわす。
– 現在の主流は 1200dpi から 2400dpi 程度である。
• 家庭用の FAX の解像度
– 200dpi から 300dpi 程度である。

20. ＫＭＧＴＰＥ
• 計算機では２進数が使われるため、２の巾乗
で数えることが多い。
• ２の１０乗が１０２４と１０００に近いため
、計算機の世界では２１０を１Ｋ（キロ）とし
て取り扱う。すなわち、
• １Ｋ（キ ロ） ＝ ２１０ ＝ ２１
０
（千）
• １Ｍ（メ ガ） ＝ ２１０Ｋ ＝ ２２
０
（百万）
• １Ｇ（ギ ガ） ＝ ２１０Ｍ ＝ ２３
０
（十億）
• １Ｔ（テ ラ） ＝ ２１０Ｇ ＝ ２４
０
（一兆）
１０ ５

21. 練習問題
• 問題１ 計算機のハードウェアの構成要素を、
その機能によって分類しなさい。また、各機能
の概要を説明しなさい。
• 問題２ 入力装置、出力装置をそれぞれ二つあ
げ、その概要を説明しなさい。
• 問題３ 主記憶装置、演算装置、制御装置の概
要を説明しなさい。
• 問題４ キャッシュメモリの概要を説明しなさ
い。
• 問題５ 磁気タイプと光タイプの補助（外部）
記憶装置の例をあげ、その概要を説明しなさい
。