情報科学概論 i 第 3 回コンピュータと os のしくみ

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情報科学概論 I第 3 回

コンピュータと OS のしくみ

（株） JSOL芝野　真次

e-mail:[email protected]:http://www.lab.toho-u.ac.jp/

sci/chem/info/

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第 3 回　コンピュータと OS のしくみ

今日の学習内容コンピュータ

• コンピュータの中身（ハードウェア）• コンピュータの仕組みと特徴

通信機器と通信方法• インターネットへの接続法

OS• OS とは• Windows の機能

コンピュータを賢く利用するために• ハードディスクのお掃除• OS の問題解決

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講義内容回内容

1 オリエンテーション ( 情報活用概論）概論

2 インターネットのしくみとメール　基礎知識

3 コンピュータと OS のしくみ基礎知識

4 情報活用落とし穴 (1) （セキュリティ・ウィルス対策）迷惑防止

5 情報活用落とし穴 (2) （個人情報・機密情報・著作権）　迷惑防止

6 Windows 利用の手引リテラシー

7 MicroSoft Office の利用法 (1) Word の初歩的な使い方の概説リテラシー

8 MicroSoft Office の利用法 (2) Excel の初歩的な使い方の概説リテラシー

9 MicroSoft Office の利用法 (3) PowerPoint の初歩的な使い方の概説

リテラシー

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現象を表す式の意味 (1)( 基礎）　知識・知恵のネタ

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現象を表す式の意味 (2) （応用）知識・知恵のネタ

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科学技術計算 (CAE) に求められるもの知識・知恵のネタ

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最新ＣＡＥ紹介 (1) （分子・熱・流体解析）企業利用事例

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最新ＣＡＥ紹介 (2) （構造・電磁場解析）企業利用事例

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試験

情報リテラシー（ information literacy ）とは、情報 (information) と識字 (literacy) を合わせた言葉で、情報を自己の目的に適合するように使用できる能力のこと　(Wikipedia:http://ja.wikipedia.org/wiki/ 情報リテラシー )

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これまでの復習この講義『情報・科学概論』の内容

情報概論情報技術の基礎知識 ( インターネット・コンピュータ・セキュリティ・著作権等）を概観する。

科学概論科学を志すものが知っておくべきことを紹介する。

MS Office一般的利用法を概観し、それを具体的な科学情報の表現に用いる。

情報と向き合う姿勢を学ぶ知識・情報について

～大学まで知識はすべて頭の中に入れておき、試験でその状況を調べる

社会人知識はあらゆる場所から持ってきて良い。知識を探す能力は必要。 ( 覚える必要はない )

『絶対正しい事』も『絶対間違った事』もない現在、『確からしい』と思われていることがあるだけ。（過信は禁物）

『光』と『影』を理解し、『影』に対策を忘れない便利なネット（光）だが、間違った情報（影）やウィルスや悪意あるソフト（影）がある影を避けて、光を享受するように、心がける。（せめて他人を巻き込まない）

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これまでの復習(Internet ： IP パケット )

Internet 通信は以下のように、多くのパケットに分けて送信される。

出典： IT Pro

図 1-2● イーサネット・フレームの長さに合わせてデータを分割

(http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20070911/281644/zu01_2s.jpg)

●

●

A1

A2

A3

A4

XX

YY

Zy

CC

nn

WW

ルータ B

ルータ A

IP パケットの流れ

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これまでの復習(Internet ： IP アドレス・ IP パケット ) Internet 通信の単位は IP パケット ( パケット：小包 ): サイズは 48-1500 バイト

ネットワーク上での通信はすべて IP パケットという小さな単位に分割される。• たとえば、 IE で、 http://www .nikkeibp.co.jpと打った場合・・・・

( 送信元 IP アドレス、宛先 IP アドレスで、送受信先がわかる )

出典：アットマーク IT 連載

基礎から学ぶ Windows ネットワーク

(http://www.atmarkit.co.jp/fwin2k/network/baswinlan010/fig01.gif)

出典： IT Pro

実験コーナー　パケット・キャプチャ・ソフトでIP パケットの中身を見てみよう (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20071009/284025/zuas.jpg)

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これまでの復習 (Internet ：通信 ) Internet は LAN と WAN で構成され、 WAN 上ではルータ ( ゲートウェイ ) が通

信を監視し、 LAN 内の情報のみを取得し、それ以外は最適パスを指示して送り出す。私の PC から www.google.co.jp までの IP パケットの通信経路

• pathping www.google.co.jp (pathping: 通信コマンド )

• 0 Shinji-PC [125.234.1.2] 　　　　　　　　　　　　　　　 => 私の PC• 1 125.234.1.254.hcm.viettel.vn [125.234.1.254] => 私のルータ ( ゲートウェイ )• 2 58.191.136.64• 3 121.83.199.13• 4 60.56.20.77• 5 219.122.245.101 WAN上のルータの IP アドレス• 6 72.14.211.186• 7 209.85.251.32• 8 216.239.43.243• 9 kix01s02-in-f23.1e100.net [74.125.235.247] => www.google.co.jp PC

My PCLocal IP :125.234.1.2 ルータ (Gateway)

Local IP :125.234.1.254PPP Server: 58.191.136.64

Groval IP: 119.228.180.169

0 1 2

3

4

5

6

7

8

●

●

●

●

●

●

●

●

● Google WWW ServerGlobal IP :74.125.235.247

LANLAN WAN

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ルーティング例 ( 上記コマンド結果 )

ネットワーク障害があっても複数ルートで、通信可能

=> 障害に強いシステム

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これまでの復習(Internet ：クライアント・サーバ ) Internet で、提供されるサービスはクライアント・サーバ型サービス

クライアントサーバプロトコル代表的なポート番号備考

WWW ブラウザ(Mozilla Firefox, Google Chrome, Internet Explorer, Opera, Safari)

WWW サーバ(Apache HTTP Server, CERN HTTPd, Internet Information Services)

http (Hypertext Transfer Protocol)HTML (Hyper Text Markup Language)

HTTP:80 Blog,BBS,SNS,Twitter も基本は WWW

Mail メールソフト、ブラウザ

メールサーバ(Microsoft Exchange Server, qmail, sendmail)

POP (Post Office Protocol): 受信SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) ：送信IMAP (Internet Message Access Protocol): メール操作

POP: 109.110SMTP: 161,162,465

Web メールでは、ブラウザがメールクライアント機能をはたしている。

DNS OS コマンド DNS サーバ(BIND, Microsoft DNS Server)

DNS (Domain Name System) Protocol

DNS Protocol : 53 Domain name を IP アドレスに変換

FTP FTP クライアント(FFFTP, WinSCP)

FTP サーバ(Bftpd, MS IIS)

FTP (File Transfer Protocol)

FTP: データ転送ポート :20FTP: コントロール :21

ファイルの授受に使用Internet では、

1.クライアントの要求をクライアントソフトが送信

2.サーバが要求に回答を送りかえす。

3.クライアントはその応答を PC に表示する。

クライアント・サーバ間で、データ授受がなわれている。

( 注 ) 　ソケット通信： IP アドレスとポート番号によって、クライアントとサーバは機器内の特定のソフトウエア同士の通信が可能IP アドレスとポート番号を組み合わせたネットワークアドレスを「ソケット」といい、このような通信を「ソケット通信」という。

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これまでの復習 (Q&A) 質問に答えて・・・

メールサーバはなぜ SMTP と POP があるのか？SMTP: （送信サーバ）クライアントのメール文を集めて、送信先のメールボックスに届けるPOP ：（受信サーバ）届いたメールをメールボックスから受信する

Google や Yahoo （無料検索サービス ) は何で儲けているの？解答：企業などからの広告収入を得ています。理由；検索されない Web ページはないに等しい !検索上位の Web ページは見てもらえる !=> 企業は検索サービスで、魅力的に自分のページを紹介してほしい=> 広告料を払う価値がある。

スマートフォンと PC の違いPC: 各種クライアントソフト（ブラウザ： IE, メーラ :Windows mail 等）　　　からネット利用スマートフォン：各種アプリからネット利用スマホアプリとは・・・ PC のクライアントソフトの機能に無線通信固有の　　　　　　　　　　　　　機能を加えたもの『スマホは無線 LAN 上の PC とほぼ同等』

電子メールの仕組み（出典：Homeserver on Vine Linuxhttp://www.jitaku-server.net/postfix_basic.html ）

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これまでの復習 (Q&A) 質問に答えて・・・

10 進数と 2 進数・ 16 進数 10 進数　 : 通常利用している数値表現法

• 0 ～ 9 までの数字を用いて、数値を表現、 10 倍ごとに桁が増える。• 例 : 4539 = 4 * 103 + 5 * 102 + 3 * 101 + 9 * 100=4*1000+5*100+3*10+9*1=(4539)10

2 進数　 : コンピュータ内の数値表現法• 0,1 の数字を用いて、数値を表現、 2 倍ごとに桁が増える。• 例 : (0110)2 = 0 * 23 + 1 * 22 + 1 * 21 + 0 * 20=0*8+1*4+1*2+0*1=(6)10

コンピュータで 2 進数を用いる理由• 電気が流れた ( 電圧がある ) か電気が流れていない ( 電圧 0) かで数値（情報）を表現できる。

16 進数　 : 2 進数は記述が長くなるので、 4 桁毎にまとめた数値記法• 0 ～ 9,A ～ F の英数字を用いて数値を表現、 16 倍ごとに桁が増える。 (A:10,B:11,C:12,D:13,E:14,F:15)• 例 : (01000001)2 =((0100)2,(0001)2)16=(41)16=4*161+1*160=4*16+1=(65)10(Shift JIS コード :A)

日本語文字コード• ISO-2022-JP,EUC-JP,Shift_JIS,Unicode (UTF-8,UTF-16) など多く存在し、

文字コードの違いにより、”文字化け” ( 正しく文字が表示されない ) が起こるので注意。 ( 半角カタカナは使用不可など )

• ホームページがうまく表示できない場合は”エンコード”方式を変えてみる。( 文字化けについて :http://www.kent-web.com/pubc/jcode/)

参考： Shift-JIS コード (1 バイトコード抜粋 )

下位4 ビット

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

上位4ビット

3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

4 A B C D E F G H I J K L M N O

5 P Q R S T U V W X Y Z

6 a b c d e f g h i j k l m n o

7 p q r s t u v w x y z( 出典： Shift-JIS (http://una.soragoto.net/img/topics13_1.png)) 　

2 進数

23 22 21 20

8 4 2 1

0 1 1 0 6

10 進数

103 102 101 100

4 5 3 9453

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コンピュータの中身（１）　内部基本構造

出典：情報機器と商法社会のしくみ素材集

本体の内部構造図

(http://www.kome100.ne.jp/main/contents/cec/mext/joho-kiki/1102/1102-1-A.jpg)

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コンピュータの中身（１）　内部基本構造

出典：キーマンズネット

内部構造を覗き見「モバイルPC 」 2008 年冬号 (http://www.keyman.or.jp/at/pcmob/display/30002802/?vos=evpakey0008x3033881)

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コンピュータの中身（１）　構成要素電源ユニット

• 外部電源から内部で利用する電源に変換する装置

マザーボード• すべての機器をコントロールする基板

補助記憶装置類• CD/DVD ROM(RAM) ドライブ

• CD (Compact Disc)/DVD （ Digital Versatile Disc ） ROM (Read Only Memory) などの光補助記憶装置

• ハードディスク装置（ HDD)• 磁気記憶装置

グラフィックスカード• 映像を信号として出力するカードで、

ビデオカードともいうメモリ (Memory )

• 主記憶装置で、 RAM (Random Access Memory ) とも呼ばれる

出典：情報機器と商法社会のしくみ素材集

本体内部の構成要素

(http://www.kome100.ne.jp/main/contents/cec/mext/joho-kiki/1102/1102-2-A.jpg)

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コンピュータの中身（２）　マザーボードマザーボード (Motherboard):

• 右図のように、 CPU や RAM モジュールなど他の部品を装着する基板のこと。

• 主要搭載部品• チップセット

• マザーボードの性能を左右する部品であり、接続されているハードウェアや、グラフィック、サウンドなどを制御する。

• CPU ソケット• CPU をはめ込む部品。はめ込む際には

規格にあっているか確認する。• メモリスロット

• メモリをはめ込む部品。はめ込む際には規格にあっているか確認する。

• バッテリー（バックアップ電池）• BIOS の設定値を保持し、時計を動作させる。コ

イン形電池が付いていることが多い。• 電源コネクタ

• マザーボード本体に電源を供給する為の差込口。• IDE コネクタ /SATA コネクタ

• IDE や SATA などのドライブ用ケーブルを接続するためのコネクタ。ハードディスクまたは SSD用と光学ドライブ用に使うことがほとんどである。

出典：情報機器と商法社会のしくみ素材集マザーボード

(http://www.kome100.ne.jp/main/contents/cec/mext/joho-kiki/1201/1201-A.jpg)

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コンピュータの中身（２）　マザーボード• 主要搭載部品（続き）

• PCI スロット• 拡張用のカードを差し込むことで様々な機能を増やすことが出来るスロット。

• AGP スロット• ビデオカードを接続するスロット。

• 各種インターフェース• USB インターフェース・プリンタシリアルインターフェース・マウス /キーボードイ

ンターフェース・サウンドインターフェースなど。

出典：情報機器と商法社会のしくみ素材集マザーボード


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コンピュータの中身（１）　拡張カードサウンドカード

• コンピュータに音響信号の入出力機能を付加または強化する拡張カード。

LAN カード• 通信機能を行うカードで、ネットワーク

カード・ネットワークアダプタ・ネットワークインタフェースカード（ Network Interface Card 、略称 : NIC ）ともいう

SCSI カード• SCSI (Small Computer System

Interface) 規格の外部接続の補助記憶装置(HDD,MO,CD/DVD) を接続するカード

グラフィックスカード• 映像を信号として出力するカードで、ビデ

オカードともいう出典：情報機器と商法社会のしくみ素材集　各種の拡張カード


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コンピュータの中身（ 3 ）　 CPU CPU (Central Processing Unit ；中央処理装置 )

• コンピュータを構成する部品の一つで、各装置の制御やデータの計算・加工を行う装置。

• メモリに記憶されたプログラムを実行する装置で、入力装置や記憶装置からデータを受け取り、演算・加工した上で、出力装置や記憶装置に出力する。

• 1 回の命令で同時に処理できるデータの量によって8 ビット、 16 ビット、 32 ビット、 64 ビットなどの種類があり、値が大きいものほど性能が高い。

• 同じビット数でも、 1 秒間に実行できる命令の回数 ( クロック )( 「 Hz 」であらわされる ) や、バスと呼ばれる周辺装置とのデータ伝走路が一度に運べるデータの量 ( 「ビット」であらわされる ) 、バスが 1 秒間に行える転送の回数 ( 「 Hz 」であらわされる ) などに違いがあり、これらの値が大きいものほど性能が高い。厳密には、 1 命令を行うのにかかるクロック数や同時に実行できる命令数などの違いにも影響される。

出典：情報機器と商法社会のしくみ素材集 CPU

(http://www.kome100.ne.jp/main/contents/cec/mext/joho-kiki/1401/1401-1-A.jpg

http://www.kome100.ne.jp/main/contents/cec/mext/joho-kiki/1401/1401-2-A.jpg)

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コンピュータの基本構成（ 5 大装置 ) 入力装置 ( キーボード・マウス )

• プログラムやデータを主記憶装置へ送る装置出力装置 ( ディスプレイ・プリンタ )

• 主記憶装置に格納されているデータを外部へ出力する装置記憶装置 ( ハードディスク ,CD,DVD)

• プログラムやデータを記憶する装置制御装置 ( チップセット )

• 各装置の全般的な制御を行う装置。例えば、主記憶装置の命令を取り出して解釈し、各装置に指示を出して命令が実行されるようにする

演算装置 ( 中央処理装置 :CPU)• 演算（四則演算や論理演算など）を行う装置

出典：

左：パソコンの事前知識（概論）

(http://zeropaso.gozaru.jp/pasokihon.html)

右：コンピュータの 5 大装置

（ @IT 自分戦略研究所：

午前試験に備えよう基本情報技術者試験講座（ 2 ）

(http://jibun.atmarkit.co.jp/lskill01/rensai/fe02/fe01.html)

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コンピュータの仕組みと特徴２進数の世界

• コンピュータの５大装置の間は電気信号でやり取りされる（右下図参照）• コンピュータの中の処理は勝手な時間になされ

るのではなく，一定の時間ごとに規則的に進められる。この時間の管理をするために，一種の時計が内蔵されている。それが，クロックである。

• 左図の凸部 ( 電圧が高い）を 1,凹部（電圧 0)を 0 と考えると、コンピュータ内部では 0 と 1だけが存在する =>2 進数の世界コンピュータで使う単位

• ビット (bit) • コンピュータが扱うデータの最小単位。

英語の binary digit （ 2 進数字）の略で、 2 進数の 1 けたのこと。• バイト (byte):=8 ビット

• コンピュータにおいて情報の大きさを表すために使われる単位。• 1 バイトは 2 進数の 8 桁、即ち 8 ビット (bit) 。

256(28) 個の整数を表すことができる。（符号無しで 0 ～ 255/符号付きで -128 ～ +127 ）

• 1 バイトのビット表現は可読性 ( 読みやすさ ) を考えて、上位 4ビットと下位 4 ビットに分けて、 16 進数で表現することがおおい。

• 例： (01100001)2=(61)16=(97)10->”a”

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コンピュータの仕組みと特徴 32 ビットオペレーティングシステム

• 32 ビットの CPU を前提に設計されたオペレーティングシステム• 32 ビット CPU ： 32 ビット (4 バイト ) のレジスタ、アドレスバス、デー

タバスを持つ CPU• アドレス空間： 232 （ = 4,294,967,296 ≒ 4ギガバイト =4GB ）

• アドレス空間：最大アクセス可能なメモリアドレス。通常は低速な集権機器のために、メモリは割り当てられているので、プログラムの使用できる最大メモリは 3GB程度

64 ビットオペレーティングシステム• 64 ビットの CPU を前提に設計されたオペレーティングシステム• 64 ビット CPU ： 64 ビット (8 バイト ) のレジスタ、アドレスバス、デー

タバスを持つ CPU• アドレス空間： 264 （ = 16EB （エクサ・バイト））• 事実上メモリ制約がなくなった

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通信機器と通信方法インターネットへの接続法

• ダイアルアップ (dial-up) 接続• 電話回線や ISDN 回線などの公衆回線を通じてインターネットや社内 LAN に接

続すること。一般家庭からインターネットに接続する場合、パソコンにモデムやターミナルアダプタなどの機器を接続する。ダイヤルアップ接続は一般に、 PPP プロトコル (Point-to-Point Protocol) が持ちられる。

• 電話回線があれば、電話会社との別途回線の特別な契約や工事なしに利用可能。• 通信速度はアナログモデムで 56kbp程度、 ISDN で 64kbps ～ 128kbps程度• 最近は、ダイアルアップより、 ADSL が一般的。• 接続のためには、ダイアルアップモデムが必要

出典：日本インターネットアクセス( 株 )

ダイアルアップ接続の概要； (http://www.nia.ad.jp/infoNia/support/co_outline.html)

（ＬＡＮカード）

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• ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 接続• 電話線を使い高速なデータ通信を行う技術。電話の音声を伝えるのには使わな

い高い周波数帯を使って通信を行う技術で、一般の加入電話に使われている電話線を使って通信する。

• ユーザ側から見てダウンロードに相当する電話局→利用者方向 ( 下り ) の通信速度は 1.5 ～約 50Mbps 、その逆のアップロードにあたる利用者→電話局方向( 上り ) の通信速度は 0.5 ～約 12Mbps と、通信方向によって最高速度が違っていることから、「非対称 (asymmetric) 」の名がついた。

• ADSL が使っている周波数帯は電気信号の劣化が激しいため、 ADSL を利用できるのは中継局からの距離がおよそ 6～ 7km までに限られる。また、 ADSLを利用できる電話回線でも、実際の通信速度は回線の距離や質に大きく影響される。

• 接続には ADSL 工事と ADSL モデムが必要。

（ ADSL モデム）

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• PPPoE (Point-to-point protocol over Ethernet) 接続• PPP の機能を Ethernet を通して利用するためのプロトコル• 通常、光回線網を用いた FTTH (Fiber To The Home) で用いられる• FTTH は ADSL と比較して収容局（中継局）からの線路長が長くても伝送損失

の影響が少なく、また道路・鉄道・ AM ラジオ放送といったノイズ源からの干渉等による外部の影響も受けない。

• FTTH 接続には光回線工事と光回線専用モデムが必要

出典： OCN

フレッツ光（ファミリータイプ ) ；(http://help.ocn.ne.jp/ols/flets/v120/11486_c_bfv120_wiring_ftype.html)

光ケーブル

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• 専用線接続• 主に電気通信事業者が提供する特定顧客専用の有線・無線通信回線を利用した

接続• 公衆網の輻輳（ふくそう）に影響されない。• 公衆網と比較して、情報漏洩・盗聴・改竄の可能性が低い。• 通常、定額料金であるので、通信頻度が多く・占有時間が長い場合、公衆網よ

り安価である。• 二地点間を直接結ぶものの場合、接続動作が不要である。• 回線設備の敷設・保守を電気通信事業者が行うので、顧客の技術的負担が私設

線より小さい。

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• 無線接続• 単位時間に伝送される情報の最大量は、周波数の高さやその幅によって左右され

る。• 電波を利用するため、伝送路としての線を敷設する必要がない。• 電波などを発生する他のもの（妨害源という。太陽をはじめとする地球以外の天

体、電子機器や原動機など。）からの妨害による影響を受けやすい。• 電波などをその伝搬の途中で受けることで、伝送される情報を第三者が傍受でき

る。（このため、第三者による情報の復元が困難な変調方式を用いたり、そもそも情報自体を暗号化するなどの手段を講じるものが多い。）

• 接続には携帯電話や無線 LAN モデムなどが必要• Wi-Fi （ Wireless Fidelity ） : 無線 LAN が商品化された当初は、異なる製品間

では相互接続は保証されなかった。 2000 年 3月から、無線 LAN の統一規格が策定され、相互通信が可能になった。

（無線 LAN ルータ）

BUFFALO WHR-G54S/P

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通信機器と通信方法携帯電話の通信規格

• 現在の通信規格 ( 第 3 世代移動通信システム： 3G)• 国際電気通信連合 (ITU: International Telecommunication Union) が定

める「 IMT-2000 」 (International Mobile Telecommunication 2000) 規格に準拠した通信システムのこと

• W-CDMA 方式• NTT ドコモやソフトバンクモバイルが採用している（欧州では UMTS

方式と呼ばれる）• CDMA2000 方式

• KDD が採用している• 次世代の通信規格 ( 第 4 世代移動通信システム :4G)

• 第 3 世代携帯電話（ 3G ）と将来登場する第 4 世代携帯電話（ 4G ）との間の技術であるため、第 3.9 世代携帯電話（ 3.9G ）とも呼ばれる。

• LTE (Long Term Evolution)• 2012 年、日本で本格サービス開始。• この規格は世界５０数カ国で利用される見込み• 日本ではやっと主要３社で同じ規格となる。

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OS (Operating System) OS とは

• オペレーティングシステム（ Operating System ）とは、ハードウェアとアプリケーションソフトウェアの間を仲介し、ハードウエアの詳細まで意識せずに利用できるようにした基本ソフトウエア群

OS の目的• ハードウェアの抽象化

• 目的は同じでも製造元が異なるなどで、動作に差異があるハードウェアが搭載されている。そのようなハードウェアの統一的な利用方法を提供し、アプリケーションソフトウェアの開発を容易にする。

• リソースの管理• 複数のアプリケーションソフトウェアを同時に利

用する際に、互いに独立して動作できるように資源を管理する。

• コンピュータの利用効率の向上• 複数のタスクを同時に実行する際に、資源割り当て

の順番や処理の割り当て時間を工夫することで、全体の性能を向上させる。

出典：ウィキペディア

オペレーティングシステム； (http://ja.wikipedia.org/wiki/ オペレーティングシステム )

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OS (Operating System) OS があるからできること

• 複数アプリケーションソフトの連携• インターネット上の画像や文書をコピーし

て、 Word や Excel に貼り付ける• ハードウエアの詳細情報から開放

• どのメーカの LAN カードでも利用できる• 複数ソフトの同時実行

• 音楽を聴きながら、インターネット検索

出典：ウィキペディア

オペレーティングシステム； (http://ja.wikipedia.org/wiki/ オペレーティングシステム )

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Windowsの機能 ( 起動 ) コンピュータが起動するまでの動作

出典：日経 ITPro

図 3● 電源投入時からマスター・ブート・レコード（MBR）までの流れ； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20090113/322746/?SS=imgview&FD=55986289&ST=win)

• 上図のように、電源投入 =>BIOS (Basic Input/Output System) 起動 => 起動ディスク起動 =>MBR 実行

BIOS (Basic Input/Output System): ファームウェアの一つで、コンピュータに搭載されたプログラムのうち、ハードウェアとの最も低レベルの入出力を行うためのプログラムである。MBR (Master Boot Record): ハードディスクドライブの先頭セクタのこと。

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Windowsの機能 ( 起動 ) 　コンピュータが起動するまでの動作

• MBR 起動からの起動 (XP)• MBR は，ディスク上のパーティ

ション情報を管理する「パーティション・テーブル」と，そのパーティションに処理を渡す「ブートストラップ・ローダー」で構成されている。

• ブートストラップ・ローダーの役割は，その時点でアクティブになっているパーティションを見つけて，そこから起動させる。そのために，まずパーティション・テーブルの情報からアクティブな基本パーティションの開始位置を調べる。そして，そのパーティションの先頭に記録された「ブート・セクター」を読み込んで，そこに記録されている「 IPL（イニシャル・プログラム・ローダー）」と呼ばれるプログラムに制御を移す。

• この MBR に呼び出される IPL から先が Windows XP までと Windows Vista 以降で異なってくる部分である。まずは，Windows XP のブート・プロセスから確認してみよう


図5●Windows XPのブート・シーケンス； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20090113/322746/?SS=imgview&FD=57833331&ST=win)

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Windowsの機能 ( 起動 ) コンピュータが起動するまでの動作

• MBR 起動からの起動 (XP)• Windows XP までの Windows で使用していた IPL は

「 NTLDR 」というファイルである。 NTLDR は，Windows NT の時代から続く由緒正しき OS ローダーで，複数の OS を必要に応じて切り替えながら起動できる。この NTLDR で複数のOS を起動するために利用するのが，最初に説明した BOOT.INIファイルである。

• NTLDR は，まず BOOT.INI ファイルを読み込んで，その中に記述してある情報から OS切り替え画面を表示する。ここでWindows XP を選択すると， NTLDR は Windows のシステム・フォルダにある「 NTDETECT.COM 」を実行して，ハードウエアの互換性をチェックする。その後，OS がインストールされているディレクトリに移行してレジストリを変更・参照したあとに，OS のカーネルである「 NTOSKRNL.EXE 」やドライバを読み込み，各種 DLL の起動を経て Windows XP が起動する。

• 　これが Windows XP のブート・プロセスである。この流れの基本は，Windows XP を単独でインストールした場合や， BOOT.INI がない場合でも同じである。

• MBR 起動からの起動 (VISTA)• Windows Vista では， IPL として「 NTLDR 」ではなく

「 BOOTMGR 」と呼ばれるファイルを使う。 BOOTMGR の正式名称は「 Windows ブート・マネージャ」と呼ばれている。この BOOTMGR では，起動する OS の情報を BOOT.INI では保存せず，代わりに Boot フォルダに BCD （ Boot Configuration Data ：ブート構成データ）と呼ばれるバイナリ・ファイルで保管している


図 7●Windows Vistaのブート・シーケンス； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20090113/322746/?SS=imgview&FD=59680373&ST=win)

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Windowsの機能 ( マルチタスク ) Windows95/98/Me のマルチタス

ク• Windows95/98/Me でも、右図の

ように複数のソフトを動かすことはできたが、 OS の基本システムの保護が不十分であったため、ソフトのエラーがシステムにまで影響してしまい、システムが不安定になる

• Windows95/98/Me は過去のWindows3.1 や MS-DOS との互換性を重要視しため、このような状況が起きた。

Windows 2000/XP/Vista/7 のマルチタスク

• Windows NT/XP/Vista/7 のマルチタスクはシステムを保護するための「カーネル・モード」という動作モード内にすべてのシステムが入っているために、ソフトのエラーはOS にまで影響を与えることはない。


図1●Windows 9xとWindows NT 系の違い； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20080929/315586/zu01.jpg)

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Windowsの機能 ( ファイル復元 ) Windows95/98/Me のファイルシステム

• FAT/FAT32 （ File Allocation Table ）• ファイルを書き込んでいるときにシステ

ムがクラッシュした場合、書き込み中だった不完全なデータがそのままディスク上に残り，管理情報と実データに矛盾が生じる。運が悪ければファイル・システム全体にアクセスできなくなる可能性すらある。

Windows 2000/XP/Vista/7 のファイルシステム

• NTFS （ NT File System ）• ファイルを書き込んでいるときにシステ

ムがクラッシュした場合、システムの再起動時に不完全なデータが消去され，矛盾のない状態へ自動的に回復する。


図1●NTFSの回復機能； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20080929/315571/?SS=imgview&FD=54139247&ST=win)

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Windowsの機能 ( デバイス認識 ) 「プラグ＆プレイ」機能 (PnP)

• PC に新しい周辺機器（デバイス）を接続すると，多くの場合，Windows 2000/XP はそれを自動認識して即座に利用可能な状態にしてくれる。これが、いわゆる「プラグ＆プレイ」機能である。

• 「プラグ＆プレイ」機能は、それぞれの機器が他の機器とやり取りするための機構 ( 「割り込み」や「 I/O アドレス」 ) が重なり合って、不具合を起こさないようにする機能である。


図2● デバイス・ドライバの役割； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20080929/315587/?SS=imgview&FD=55062768&ST=win)

• その中心的役割をなすのが、デバイス・ドライバで、デバイス・ドライバは， OS とデバイスを結びつける“接着剤”の役目をするものである。

• USB （ Universal Serial Bus ） : コンピュータ等の情報機器に周辺機器を接続するためのシリアルバス規格の 1 つで , 「プラグ＆プレイ」機能をもったものである。

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Windowsの機能 ( 仮想メモリ ) コンピュータの記憶領域　（復習）

• コンピュータの頭脳にあたる CPU (Central Processing Unit；中央処理装置 ) が計算などの情報処理を行うには、計算途中のデータやプログラムや計算結果を保持する必要がある。それらを記憶装置という。

• 記憶装置• 「主記憶装置」：高速だが一時的な記憶に利用する ->RAM など• 「補助記憶装置」：低速だがより恒久的な性質を持ったもの -> ハードディスク

など• 主記憶装置：メモリ (RAM) あるいは物理メモリと呼ばれ、 CPU から高速にアク

セスし、情報処理の向上に寄与するものであるが、その領域はそれほど大きなものではなく、数 GB程度

• 補助記憶装置は、ストレージとも呼ばれ、光ディスク、ハードディスクなどの磁気記憶装置が一般的で、数百 GB から数 TB程度。

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Windowsの機能 ( 仮想メモリ ) 仮想メモリ

• CPU は通常、物理メモリにのみアクセスし、情報を処理する。そのため、多くのプログラムを同時に実行すると、物理メモリを超えてしまい、プログラムが実行できないことがありうる。

• しかし、 windows ではこのような場合、ハードディスクの一部に連続した記憶領域を確保し、このハードディスクの領域と物理メモリを利用して、物理メモリのサイズを超えたプログラムを同時実行することができる。

• この機能を仮想メモリあるいは仮想記憶といい、最大 4G バイトのメモリー空間を作り出すことができる。ただし，システム全体の処理性能を劣化させることもあるので注意が必要。


図1● 物理メモリーの容量を超える多数のアプリケーションが起動しても，なぜWindowsはメモリー不足に陥らないのか？；(http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20080929/315588/?SS=imgview&FD=54139247&ST=win)

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Windowsの機能 ( ログオン ) なぜ「ログオン」しないと使えな

いのか• コンピュータ内には重要な情報も格

納されている。この情報を誰がどの程度触っていいかを決めないと、データやプログラムが勝手に変えられてしまう。

• このような権限管理を「セキュリティ」機能という

• コンピュータの電源を入れた後、その人がコンピュータを利用できるか？

• どの程度データを触れるか？（読めるだけ、書き換えられる等）

• セキュリティレベルはユーザ毎に決められている（右図）

• だから、ログインが必要


図2● セキュリティ記述子（ Security Descriptor）の設定；(http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20081016/317082/?SS=imgview&FD=55062768&ST=win)

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Windowsの機能 ( シャットダウン ) なぜ、いきなり電源を切ってはいけないか

• パソコン初心者がよくする失敗に，パソコン作業の終了後，いきなり電源を切ってしまうことがある。

• それでは、プログラムやハードディスクの内容が壊れることがありうる。

シャットダウンの際に行われること• 間違ったシャットダウンを警告

• 権限のない人はシャットダウンできない

• 他の利用者にシャットダウンを知らせる• 他の人がリモートでコンピュータを利

用している場合、利用できなくなる（シャットダウンすること）を知らせる。

• 動いているプログラムを終了する。• 安全・確実にコンピュータをシャットダウ

ンすることまでサポートしている。


図1● シャットダウンせずに電源を切ったらWindowsマシンは壊れる ?； (http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20080929/315573/?SS=imgview&FD=54139247&ST=win)

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コンピュータを賢く利用するためにハードディスクのお掃除

• ハードディスクに対して書き込みと削除を繰り返し行うと、ディスク内でのファイルの配置が不連続になり、連続した空き領域が少なくなるため、どの空きスペースにも入りきらないファイルが増え、ファイルを分割して 2 つ以上の空き領域に分けて保存するようになる。これをディスクのフラグメンテーションという。

• ファイルの分割保存が増えると、 OS の処理量の増大やドライブのヘッドの移動量の増大を招き、読み書き速度の低下につながる。また、ヘッドの移動は物理的な動作を伴うため、故障を誘発しやすい ( 耐用年数が低下する ) とも言われている。

• このため、最近の OS( もちろん windows にも）には、フラグメンテーション（ファイルの不連続配置 ) を解消する「デフラグ」 ( デフラグメンテーションの略 ) と呼ばれるユーティリティソフトが搭載されている。

• このソフトを用いると、１つのファイルはハードディスク上で、可能な限り連続した場所に格納され、ファイルの読み書きの際に、 OS の処理量もドライブのヘッドの移動量も減少するので、読み書き速度は向上し、ハードディスクも長持ちする。

出典： ASCII.jp

データの断片化により、 HDDのパフォーマンスが低下する理由； (http://ascii.jp/elem/000/000/133/133938/img.html)

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コンピュータを賢く利用するために OS の問題解決

• これまで述べてきたように、 OS は非常に多くの基本機能を担っており、完全にバグ（コンピュータソフトの間違い）を取り除くことは不可能といえる。そのため、 OS はリリース後も、バグが見つけられると修正され、進化し続ける。

• さらに、上記のバグあるいはセキュリティ・ホール（詳細は第 4 回「セキュリティ・ウィルス対策」で述べる）をねらったコンピュータウィルスの危険にさらされている。

• そこで、 Windows では、できる限り最新で、安全性の高い OS を提供するために、「 Windows Update 」という機能が備わっている。

• この「 Windows Update 」を用いて、できる限り最新の OS にすることで、セキュリティ機能の強化とコンピュータ・ウィルスからの脅威の低減を図ることができる。

• なお、コンピュータ・ウィルスについては「 Windows Update 」だけでは不十分な対策であることだけを述べておく。（詳細は第 4 回「セキュリティ・ウィルス対策」で述べる）

情報科学概論 i 第 3 回 コンピュータと os のしくみ

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情報科学概論 i 第 3 回コンピュータと os のしくみ