電子情報工学基礎 第3回 ハードウェアアーキテク...
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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