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小テスト解説

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  1. 小テスト解説 • 10進数91を8ビット固定長の2進数で表せ、また、―91を1の補数表現、2の補数表現で表せ。(15)  91 = 64 + 16 + 8 + 2 + 1             10進   91 =2進 01011011   1の補数表現   10進 ―91 =2進 10100100    2の補数表現   10進 ―91 =2進 10100101           

  2. 小テスト解説 • CDの規格をサンプリング周波数44.1kHz、2ch、ダイナミックレンジ16 bit、録音時間74分間とする。データ容量をbitおよびbyteで答えよ。(10) 44,100×16×2×74×60=6,265,728,000 bit 6,265,728,000÷8=783,216,000 byte • 加法混色においてR、G、B 各4ビットとすると表現できる色の数はいくつか?(5) 24×24×24=212=4,096色

  3. 小テスト解説 • VGA(640×480)でRGB各8bit階調とする。1画面のデータ容量をbitとbyteで答えよ。また、1秒間に30コマの動画の場合、この画像5分間のデータは何 kbyte になるか。(15) 8 x 3 x 640 x 480 = 7,372,800 bit = 921,600 byte = 900 x 210 byte= 900 kbyte 900 kbyte ×30×5×60 = 8,100,000 kbyte

  4. 小テスト解説

  5. 授業展開#6 コンピュータの構造1 (構成と規格、外部記憶装置)

  6. コンピュータの構成 • 本体 • ディスプレイ • キーボード • マウス • プリンタ

  7. コンピュータの5大機能 • 制御装置:CPU • 演算装置:CPU • 記憶装置:メモリ • 入力装置:キーボード、マウスなど • 出力装置:ディスプレイ、プリンタなど

  8. 本体の中身 • CPU(Central Processing Unit)(中央処理装置) • メインメモリ(主記憶) • バス(通信線) CPU バス メモリ

  9. CPUの機能 • 記憶装置:メインメモリより高速。レジスタ • 演算装置:計算・判断をおこなう。ALU • 制御装置:各装置に指示をする。 レジスタ:1回に処理できる情報量         8、16、32、64ビット クロック:CPUの動作基準となる時間の単位。 CPUの処理する各命令は、この1クロックの     整数倍の処理時間で必ず実行される。       1GHz(10億/秒)。 CPU クロックシグナル

  10. CPUの構造 メインメモリ CPU プログラム領域 命令キャッシュ よく使用される命令 命令キャッシュのアドレス を指定して、命令を取り出す 命令フェッチユニット 命令デコーダ 命令を解読する データ領域 演算ユニット 演算処理 データキャッシュ レジスタ群

  11. CPUの命令実行サイクル • 命令FET(Fetch):命令を取り出す • DEC(Decode):取り込まれた命令を変換 • ADR(Address):オペランドのアドレスを指定 • オペランドFET:オペランドデータを取り出す • EXE(Execute):演算処理 • WRB(Write back):演算結果をデータキャッシュもしくはレジスタに書き込む。 • 命令1つを処理するのに6クロックかかる。 オペランド:コンピュータプログラミングにおいて、演算の対象となる値や変数のこと

  12. CPU(8086)のレジスタ フラグ・レジスタ F 主レジスタ AH AL アキュームレータ AX BH BL ベース・レジスタ BX CH CL カウント・レジスタ CX ポインタ/インデックス・レジスタ DH DL データ・レジスタ DX スタック・ポインタ SP セグメントレジスタ ベース・ポインタ BP コード・セグメント CS ソース・インデックス SI データ・セグメント DS デスティネイト・インデックス DI エクストラ・セグメント ES インストラクション・ポンタ IP スタック・セグメント SS

  13. 処理速度 • MIPS  1MIPSは1秒間に100万回の命令処理能力があることを示す。実際のアプリケーションを使った実用的な性能指標として SPECint などのベンチマークが標準化され、MIPS値はほとんど使われなくなった。 • FLOPS  1MFLOPSは1秒間に100万回の浮動小数点演算ができることを示す。富士通では2010年までに3PFLOPSを超えるスパコンの開発を目指している。   ペタ(P):1015を表す接頭辞

  14. 処理速度の例 CPU の MIPS 値(クロックMHz) 16ビット 16ビット 32ビット 32ビット

  15. SPEC • Standard Performance Evaluation Corporation(標準性能評価法人) • SPECint:整数演算の性能を評価 • SPECfp:浮動小数点数演算の性能を評価 • コンピュータのハードウェアやソフトウェアの処理速度を計測する試験をベンチマークと言う。試験用に作成されたソフトウェアを実行し、処理の完了までにかかる時間を計測することで、製品間の比較を行なう。

  16. メモリ • メインメモリ  :プログラムやデータを格納する。            速い。電源を切ると内容は消滅。 • ハードディスク:プログラムやデータを格納する。            遅い。電源を切っても内容は保存。 • キャッシュメモリ:高速なメモリ。             メインメモリとCPUを橋渡しする。 • 仮想記憶    :メインメモリが不足するときに              ハードディスクをメインメモリの              ように使用。

  17. メモリ • RAM:Random Access Memory  電源を切ると内容が消える(揮発性)。書き込み可能。 • ROM:Read Only Memory:  あらかじめ情報が書き込まれている。電源を切っても情報は消えない(不揮発性)。  書き込みはできない。

  18. RAMの分類 • DRAM:Dynamic RAM   1セル~トランジスタ(1)+コンデンサ(1)   回路が単純で安価、大容量化容易   リフレッシュ(コンデンサへの電荷の供給)が必要   PCのメインメモリー用 • SRAM:Static RAM   1セル~トランジスタ(4~6)   リフレッシュ不要、高速   高集積困難、高価   キャッシュメモリー用

  19. DRAMの分類 • 非同期DRAM(旧製品) • 同期DRAM(SDRAM):外部バスインターフェースが一定周期のクロック信号に同期して動作するよう改良されたDRAM 。   SDRAM ~133Mbps   DDR   200~400Mbps   DDR2  400~800Mbps   DDR3  800~1667Mbps(検討中)

  20. メモリ CPU (レジスタ) 一次キャッシュ メインメモリ 二次キャッシュメモリ ハードディスク (仮想メモリ) ROM 外部記録装置 FD、MO、CD-R DVD ペンティアム3以降は、2次キャッシュまで 含めてCPUチップの中に入っている。

  21. バス データバス:データの通り道 •  幅:信号線の数、8、16、32ビット • データ転送速度=バス幅×クロック周波数 •   例:16ビット×10MHz=160×106ビット/秒                   =20×106B/秒 •   LANやUSBなどの表示:8Mbps、10Mbpsなど アドレスバス:CPUがメモリ番地を指定するためのバス • このサイズにより制御できるメモリーサイズが変化する。 • 16ビット:216=64kB • 24ビット:224=16MB(80286) • 32ビット:232=4GB(80386以降)

  22. 仕様の例

  23. 補助記憶装置 • FD:2D、2DD、2HD、8インチ、5インチ、3.5インチ • HDD:数MB~100GB、5400、7200回転/分 • CD-ROM:640MB     音楽用:150kB/秒:CLV(Constant Linear Velocity)     高速化のためCAV(Constant Angular Velocity)     例:50倍速=150×50÷1024=7.3MB/秒     CD-R、CD-RW • DVD(Digital Versatile Disc):4.7GB(片面1層の場合)   DVD-ROM:読み出しのみ   DVD-R:1回のみ書き込み可能   DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW:複数書き込み可能 • MO(Magnetic Optical):128MB、230MB、640MB、1.3GB、2.3GB

  24. HDDの構造 ディスクプラタ 読み書きヘッド アーム

  25. HDDの構造 セクタ シリンダ すべての面の同一円周上の トラックをすべて集めた円筒 クラスタ 1 2 トラック トラック HDDの記憶容量=1トラックあたりの記憶容量×1シリンダあたりのトラック数×シリンダ数 1トラックあたりの記憶容量    = 1トラックあたりのクラスタ数×1クラスタあたりのセクタ数×1セクタあたりの記憶容量

  26. FD • 規格例(3.5インチ、2HD:両面高密度倍トラック) • アンフォーマット時容量:2.0MB • フォーマット時容量:1.4MB • トラック密度:135 tracks/inch • 記録密度:17,434 bits/inch • 記憶面数:2 • トラック数:80/面 • セクタ長:512 byte • セクタ数:18/トラック • 記憶容量=2×80×512×18         =1,474,560byte≒1,4MB セクタ 1 2 トラック1 トラック0

  27. USBメモリ • 記録部:フラッシュメモリ • 記憶容量:8メガ~128ギガバイト • 専用のドライブ装置を必要としないため利便性が高く、駆動部もないため衝撃にも強い。小型なため可搬性に優れている。 • フラッシュメモリ (flash memory) :書き換え可能、不揮発性の半導体メモリ

  28. DVDの規格1 • ディスク径・厚等12cm(CD と同じ)・0.6mmX2(二枚張合せ)トラックピッチ 0.74μm・最短ピット長 0.4μmセクター配置 CLV・変調方式 8-16 ビット変調誤り訂正 RS-PC 方式・使用レーザー 650/635nm記録容量 片面一層 4.7GB・二層 8.5GB • 映像記録方式及びコーデック720x480画素・29.97 フレーム/秒(2:1 インターレース)MPEG-2 MP@ML 符号化・約 1/40 圧縮(適応可変レート)※ビデオ部分の最大ビットレート 9.8Mbps※動きベクトル符号化で約 1/2DCT(離散コサイン変換)で 約 1/10 可変長符号化で(ハフマン符号)約 1/2 の合計※16:9 横方向圧縮モードあり(スクイーズ) • 音声記録方式等PCM 直線 16/20/24bit(最大)量子化・96KHz   もしくは 48KHz標本化(32/44.1KHz 含む)もしくは、DOLBY AC-3 5.1ch デジタルサラウンド

  29. DVDの規格2 DVD-ROM  プレス形成したもの  書き込み不可 DVD-RW(DVD+RW)  レーザーで相変化書き込み  書き換え可能 DVD-RAM  レーザーで相変化書き込み  書き換え可能 DVD-R(DVD+R)  レーザーで色素に書き込み  書き換え不可

  30. HD DVD • ・ディスク容量:   再生専用[15GB(片面1層) 30GB(片面2層)]   記録専用[15 / 20GB (片面1層) 32 GB(片面2層)] • ・レーザー波長:405nm(青紫色レーザー) • ・レンズ開口数(NA):0.65 • ・データ転送レート:36Mbps • ・ディスク直径:120mm • ・ディスク厚:1.2mm(光透過保護層厚:0.6mm) • ・映像記録方式:MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 • ・音声記録方式:AC3 / MPEG-1 Layer2など

  31. Blue-Ray • ・ディスク容量:   再生専用[25GB(片面1層) 50GB(片面2層)]   記録専用[23.3 / 25 / 27 GB(片面1層) 50 / 54 GB(片面2層)] • ・レーザー波長:405nm(青紫色レーザー) • ・レンズ開口数(NA):0.85 • ・データ転送レート:36Mbps • ・ディスク直径:120mm • ・ディスク厚:1.2mm(光透過保護層厚:0.1mm) • ・映像記録方式:MPEG4 AVC / VC-9 / MPEG2 • ・音声記録方式:AC3 / MPEG-1 Layer2など

  32. ディスプレイ • R、G、B 各8ビットとする  28×28×28=224=16,777,216色 • 画素数  VGA :横 640×縦 480ドット  SVGA:横 800×縦 600ドット  XGA :横1024×縦 768ドット  SXGA:横1280×縦1024ドット  UXGA:横1600×縦1200ドット

  33. インタフェース • シリアルインタフェース   データを1ビットずつ送るインタフェース   RS-232C:モデムなど   IEEE1394:マルチメディア   IrDA:赤外通信   USB:キーボード、マウスなど • パラレルインタフェース   一度に8ビット同時に送るインタフェース   SCSI(スカジー):HDD、CD-ROM   IDE:内蔵HDD   セントロニクス:プリンタ

  34. 演習 • コンピュータの5大機能を示せ。 • CPUの2つの機能を示せ。 • バス幅32ビット、クロック数800MHzの時の転送速度はいくらか。 • 音楽用CDの記録容量は640MBである。転送速度150kB/秒の場合録音時間は何分間か。