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電子情報工学基礎

第３回

ハードウェアアーキテクチャ（その2）ソフトウェアアーキテクチャ（その1）

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コンピュータの基本構成

• 中央処理装置(CPU)

• 記憶装置(Storage)

– 主記憶装置と補助記憶装置

• 入出力ポート(I/O Port)

主記憶部 入出力部

中央演算処理部

外部機器

外部機器

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入出力デバイス

• Input/Output (I/O) Device

• インターフェース

– 二つの領域・世界の界面

– コンソール（操作する人間とのやり取り）

• 表示装置(ディスプレイ)

• 主要入力装置(キーボード)

• 補助入力装置(ポインティングデバイス)

• 出力装置（印刷装置）

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ディスプレイ• 光の3原色RGBの組み合わせによるフルカラー表示

• 画素数，ドットピッチ

種類

• 陰極線管

• 液晶

(LCD : Liquid Crystal Display)

• Electronic Luminescent（発光体）

• Plasma（高圧のガス）

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液晶ディスプレイ(LCD : Liquid Crystal Display)

Twisted Nematic (TN) ：液晶のねじれ角度=９０°

Super TN (STN)液晶：液晶のねじれ角度=１８０°～２７０°

液晶分子の配向・旋光性・偏光

光は分子の並ぶ隙間に沿って進む。

ねじれた液晶を通ると光もねじれる

高コントラスト

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LCD駆動方式単純マトリクス

出典:http://www.sharp.co.jp/

(TFT : Thin Film Transistor)

アクティブマトリクス

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液晶ディスプレイの進化（Sharp）

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文字入力装置

• キーボード

– ASCII配列、JIS配列(JIS X6002-1980)

– シフト機構

• OCR(光学式文字読取り装置)

• 音声認識装置

• 手書き文字認識装置

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補助入力装置

• キーボード以外の入力装置

• 座標、移動速度入力

– マウス、タッチパッド、トラックボール、ジョイスティック

– タッチパネル

– ディジタイザ・タブレット

– データグローブ

• 画像入力

– イメージスキャナ、CCDカメラ

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プリンタ

• 印刷単位による類別

– シリアルプリンタ : 文字情報を一文字ずつ処理する

– ラインプリンタ : 一行単位で情報を処理する

• ドットインパクト式、サーマル式、インクジェット式など．

• プロッタプリンタ ：ペンを持つアームをXY 方向に動かすことで図形を描画

• CAD 等の出力に使われる。大判の印刷が容易．

• ページプリンタ ： 1 ページ分の情報を一度に処理

• サーマル式，電子写真式など．

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サーマル式・インクジェット式

• サーマル式

– 感熱紙

– 熱転写

– 昇華型熱転写

• インクジェット式

– 圧電式

– バブルジェット式

カラー出力：コンピュータ内部のRGB→ CMYK（シアン（藍色），マゼンタ（深紅色），イエローの3 色＋黒）に変換

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レーザープリント式

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ハードウエアアーキテクチャ2まとめ

• 中央演算処理装置：CPU

• 記憶装置

-主記憶：メモリ

-補助記憶：ＨＤＤ，ＣＤ－ＲＯＭ, ＤＶＤ

• I/Oポート、I/Oデバイス（外部機器）

-キーボード，マウス，ディスプレイ，プリンタ

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ソフトウェアアーキテクチャ

• コンピュータ内でのデータの扱い

– 数値データ

– 文字データ

• プログラミング言語

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データ長とデータ型

2進数の加減演算

↓

負数、少数の表現

↓

演算

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整数データ型

データ長 正数 整数

8bit 0~255 -128~127

16bit 0~65535 -32768~ 32767

32bit 0~4294967295-2147483648

~2147483647

符号なし符号あり

nbit の整数のデータの表現可能範囲は0～2n-1 (28=256)

2551284163264128

212121212121212111111111 01234567

b

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負数と２の補数表現01• 2の補数表現

– 負数を含む和算が正数のみの場合と同様に行なえる

– -nはnの全ビットを反転して1bを加える

1 0 0 1 0 1 0 1

正数：149 整数：-107符号ビット

例：－７を４ビットで表す。

7=0111b

1000b+1b=1001b=-78bitの例

b

10010101b 14910010100b01101011b 107 -

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負数と２の補数表現02

正数

00000000b ->000000001b ->100000010b -> 2...11111101b -> 25311111110b -> 25411111111b -> 255

整数

00000000b -> 000000001b -> 100000010b -> 2...01111110b -> 12601111111b -> 12710000000b -> -128 (ここで突然マイナスに!)10000001b -> -127...11111101b -> -311111110b -> -211111111b -> -1

例：８ビット

全ビットを反転して1bを加える

01111111b10000000b+1b= 10000001b=-127

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計算例2進数，16bit 表記の場合の例-15 + 28 =？

15 -> 0000 0000 0000 1111b-15 -> 1111 1111 1111 0001b (=正数65521)28 -> 0000 0000 0001 1100b

+) 1 0000 0000 0000 1101b = 13

65521=(216 - 15) =65536-1565521 + 28 =65549=65536+13= 216 + 13 = 13

216 は17bit 目のビットであるため16 ビット表記では無視

補数

反転して+1b

1111 1111 1111 0000b+1b=1111 1111 1111 0001b

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実数データ型：小数点の表現01

2-nを小数点n桁であらわす。

１０進数 ２進数

0.5 0.1

0.25 0.01

0.125 0.001

0.0625 0.0001

0.03125 0.00001

0.015625 0.000001

0.0078125 0.0000001

小数点以下の２進数

2進数の「0.1」「0.01」「0.001」は「１/２」「１/４」「１/８」の意味になる．これは「１/２１」「 １/２２ 」「 １/２３ 」，言い換えると「２-１」「２-２」「２-３」

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実数データ型：小数点の表現02

8+4+2+0+0.5+0.25=14.75

=23+22+21+0×20 +2-1+2-2

=1110.11b

b2進数→

10進数→

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0．

27 26 25 24 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8

128 64 32 16 8 4 2 1 0.50.25

0.1250.0625

0.031250.015625

0.00781250.00390625

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実数データ型：小数点の表現

小数点

k

ni

i

iB 2

1110.11b

(00001110.11b)10bit→

桁 計 算 結果

27 14.75 – 128 → 引けない 0

26 14.75 – 64 → 引けない 0

25 14.75 – 32 → 引けない 0

24 14.75 – 16 → 引けない 0

23 14.75 – 8 → 引ける 残り 6.75 1

22 6.75 – 4 → 引ける 残り 2.75 1

21 2.75 – 2 → 引ける 残り 0.75 1

20 0.75 – 1 → 引けない 0

2-1 0.75 – 0.5 → 引ける 残り 0.25 1

2-2 0.25 – 0.25 → 引ける 残り 0 1

14.75を2進数に変換する計算手順残りが0になるまで引いていく．

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まとめ

• 数値データ型

正数データ型（正の整数）

整数データ型：マイナスの表現方法（補数）

実数データ型：小数点の表現方法