物理実験 I - 情報実験第 6回

PC のハード的仕組み

前坂 たけし（北大院・理）msaka@ep.sci.hokudai.ac.jp

ハードってナニ？

ハードウェア (Hardware)

コンピュータを構成している電子回路や周辺機器などの物理的実体

Introduction

• コンピュータを動作させる手順・命令をコンピュータが理解できる形式で記述したもの

• 物理的実態をもたない

参考：ソフトウェア (software)

コンピューターを使うためには，

「ハードウェア」と「ソフトウェア」

の両方が必要不可欠！

What’s PC ?

Personal Computer

パソコン

個人用のコンピュータ例： PC-9801 ， Macintosh ， FM-TOWNS, X-68000 ，etc...

最近は「 PC/AT 互換機」の意味で

使われることが多い！だって，最近ほとんどの PC が「 PC/AT 互換機」なんだもん…

Introduction

What’s PC/AT 互換機 ?

IBM 社が 1984 年に発売したパソコン「 PC/AT 」と互換性のあるパソコン

Personal Computer/Advanced Technology 内部仕様の多くが公開されたため，互換製

品が各社から発売 Defuct Standard ? DOS/V マシン？

Introduction

What’s DOS/V ?

1990 年に日本アイビーエム社が発売した、 PC/AT 互換機で動作する OS

Microsoft 社の「 MS-DOS 」という OS に日本語機能を追加

世界標準規格である PC/AT 互換機で日本語が扱えるようになったので，海外の安い PC/AT 互換機が大量に日本市場に流入日本では…

DOS/V マシン = DOS/V 搭載パソコン

≒ PC/AT 互換機

Introduction

情報実験機 johoXX

世界標準となってしまった，PC/AT 互換というアーキテクチャの思想に従って， EPnetFaN 有志により組み立てられた自作パソコン

簡単に部品をバラすことができるので， PC のハード的仕組みを学習しやすい

実際に，分解・組み立てを体験してみませう！

Introduction

おしながき Introduction

Introduction

PC のハードに必要な機能とは？

各部品の概要マザーボード (BIOS ，チップセット，バス )入力装置 ( キーボード，マウス )出力装置 ( ビデオカード )処理装置 (CPU)記憶装置 (RAM ， HDD, CD-ROM, FD)その他 (NIC ， SCSI ， USB)

まとめ

参考文献

ある日の仕事 PC のハードに必要な機能とは？

　

今日は，

明日締め切りの情報実験

のレポー

トを書いた．まず，

ネット

スケー

プを起動し，

レポー

ト投稿シ

ステムの画面を開いた．でも，

先週

は自主休講したので，

さっぱりわか

らない．とりあえず，

既に提出され

ているレポー

トを写して提出するこ

とにした．まだキー

ボー

ドに慣れて

いないので，

遅々として入力が進ま

ない．目が疲れたので，

ある秘密の

ホー

ムペー

ジにアクセスして，目の

保養をすることにした．目くるめく

世界が画面に表示された．あまりに

も有益な写真が表示されたので，

持

参したフロッピー

ディスクにその写

真を保存した．今日はいい日だった．

•ネスケのアイコンをクリックする

•レポートを入力する入力機能

• プログラムの実行を確認•目くるめく世界を表示する

出力機能• フロッピーディスクに保存する

記憶機能• プログラムを実行する

処理機能

結合・調整

まとめると PC のハードに必要な機能とは？

入力 出力処理

記憶特殊機能 特殊機能

（ネットワーク機能）

（サウンド機能）

実際の装置 PC のハードに必要な機能とは？

◎入力装置キーボード，マウス，スキャナ，タッチパネル，などなど

◎出力装置ディスプレイ，ビデオカード，プリンタ，などなど

◎処理装置CPU

◎記憶装置半導体メモリ，ハードディスク，フロッピーディスク， CD-ROM ，などなど◎特殊な機能を実現するための装置ネットワークカード，サウンドカード， SCSIカード，などなど

◎以上の機能を結合・調整する装置マザーボード（チップセット）

マザーボード (Mother board)

マザーボード

ディスクを接続する

機能を追加する手段を用意する

各機能を調整する

CPUスロット

メモリスロット

ISA バス マザーボード

Industrial Standard Architecture Bus

IBM 社のパソコンである PC/AT で採用されたバスを，IEEE が標準化

最大データ転送速度 が 8MB/s と遅く，現在ではレガシーなバスである．（現在は PCI バスが主流）

情報実験機では 1つのバススロットがあるが，使われていない．

PCI バス マザーボード

Peripheral Components Interconnect Bus

高速にデータ転送が可能

このスロットに，特別な機能を持ったカードを挿すことにより機能を追加

情報実験機の PCI バスには，ネットワークカード，ビデオカード，サウンドカードが追加されている

AGP バス マザーボード

Accelerated Graphics Port

ビデオカード専用バス

PCI バスよりも高速

情報実験機のビデオカードは PCI バスに接続されているので， AGP バスは使用しない

チップセット マザーボード

コンピュータ内部で、 CPUや RAM 、拡張カードなどの間のデータの受け渡しを管理する一連の回路群

データの交通整理屋さん

最近は，数個の LSI で構成される．（以下の絵は情報実験機での例）

ISA

IDE

USB

AGP

メモリ

CPU

PCISYSTEM

BIOS

82440BX の例

入力装置 入力装置

人間の意志をコンピューターに伝える装置

キーボード

マウス

キーボード 入力装置

みなさんの目の前にありますね？

マウス 入力装置

みなさんの目の前にありますね？

出力装置 出力装置

処理結果を人間に伝える装置

ディスプレイ

ビデオカード

ディスプレイ 出力装置

みなさんの目の前にありますね？

ビデオカード 出力装置

画面表示機能を追加する拡張カード

画像の作画を行うチップ（ビデオチップ）

アナログデータへの変換を行うチップ（ RAMDAC ）

画面イメージを保持するためのメモリ (VRAM)

処理装置 処理装置

ソフトウェアを解釈し，処理を実行する装置

CPU

CPU 処理装置

情報実験機の場合

Intel 社 Pentium III

処理データ幅：　32bit

内部クロック： 450MHz

データバス幅： 64bit

外部クロック： 100MHz

CPU(Central Processing Unit)

1 回の命令で同時に処理できるデー タの量や， 1秒間に実行できる命令の回数が高いほど高機能．

記憶装置 記憶装置

入力・出力データ，処理結果やプログラム（ソフトウェア）を書き込み・読み込みする装置

主記憶装置（メインメモリ）

外部記憶装置（ディスクドライブ）

主記憶装置（半導体メモリ）

記憶装置

半導体素子を利用して電気的に記録を行う

電源を落とすと，記録内容は消滅

動作が高速で， CPUから直接アクセスできる

単位容量あたりの価格が高いため大量には使用できない

多ければ多いほど，大量のデータ処理が可能になる

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)容量： 128 バイト

外部記憶装置 記憶装置・外部記憶装置

磁気的・光学的手段によりデータやプログラムを記憶する装置

電源を供給しなくても記録が消えないけれど低速

CPUから直接アクセスできない（一度主記憶装置に読み込む必要がある）

接続は， IDE または SCSI によるものが主流

ハードディスク

フロッピーディスク

CD-ROM

ハードディスク 記憶装置・外部記憶装置

磁性体を塗布した円盤を高速に回転させ，磁気ヘッドを近づけてデータを読み書きする．

磁気ヘッドと円盤の間は 10-6m以下

振動に弱い

ディスクシリンダ

セクタ

フロッピーディスク 記憶装置・外部記憶装置

磁性体を塗布した円盤を磁気ヘッドを近づけてデータを読み書きする．

ディスクは取り外しが可能

メディアが安価なため古くから使用されている．

フロッピーディスクドライブ

CD-ROM 記憶装置・外部記憶装置

ディスクにレーザー光を当て，光学的にデータを読み取る

普通は読み込みのみで，書き込むことはできない

マルチメディア時代の寵児？

IDE 記憶装置

Integrated Device Electronics

PC/AT 互換機用のハードディスクインターフェース

最近は， CD-ROM ， MO なども接続可能 (ATAPI)

1 本のケーブルで， 2 台まで接続可能 (Master, Slave)

情報実験機マザーボードでは 2本のケーブルが接続可能 (Primary, Secondary)

特別な機能をもつ装置 特別な機能を装置

マザーボードのバススロットに装着することにより，特別な機能を提供

ネットワークカード

サウンドカード

SCSIカード

USB （最近はマザーボード上にあることが多い）

ネットワークカード 特別な機能を装置

サウンドカード 特別な機能を装置

まとめ まとめ

◎入力装置キーボード，マウス，スキャナ，タッチパネル，などなど

◎出力装置ディスプレイ，ビデオカード，プリンタ，などなど

◎処理装置CPU

◎記憶装置半導体メモリ，ハードディスク，フロッピーディスク， CD-ROM ，などなど◎特殊な機能を実現するための装置ネットワークカード，サウンドカード， SCSIカード，などなど

◎以上の機能を結合・調整する装置マザーボード（チップセット）

PC のハード的構造

参考文献 参考文献

渡邉郁郎． AT 互換機のチップセット．エーアイ出版． pp503

渡邉郁郎． AT 互換機の BIOS．エーアイ出版． pp503

YAHOO! コンピュータ用語辞典http://computers.yahoo.co.jp/dict/

IBM Computer Museumhttp://www.ibm.co.jp/event/museum/entrance.html

ASUS. P3B-F Motherboard Manualftp://ftp.asus.com/pub/ASUS/mb/slot1/440bx/p3b-f/p3bf-104.pdf