授業の形態 教科書 : なし 毎週資料配付. ワークステーション使用の手引き 参考書 : 一般の UNIX の入門書 ユーザーズ UNIX, たのしい UNIX など 4 限 = 講義, 5 限 = 実習 講義 : 松井が担当. 実習 : 助手および TA が担当 講義は座学. 実習は演習および実習

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1 情報科学リテラシ 担当 : 講義 = 准教授松井祥悟 実習 = 助手 南雲夏彦, 松田直祐 TA(Teaching Assistant), SA(Student Assistant) = 大学院, 学部学生 4 名 内容 : コンピュータ リテラシ UNIXワークステーション (UNIX WS) を 使った 読み 書き 通信 プログラミング 1 年後期以降

2 授業の形態 教科書 : なし 毎週資料配付. ワークステーション使用の手引き 参考書 : 一般の UNIX の入門書 ユーザーズ UNIX, たのしい UNIX など 4 限 = 講義, 5 限 = 実習 講義 : 松井が担当. 実習 : 助手および TA が担当 講義は座学. 実習は演習および実習

3 出席 課題 レポート 出席 = 毎週の授業 小テストの場合あり 実習課題 = 毎週 決められた期限までに提出 ( 実行 ) する. 必要条件を満たす レポート課題 =2 週間に 1 度程度 課題の受付状況は定期的に掲示.

4 成績 単位取得の条件 出席点 + 課題点 +レポート点 成績 次の場合には不合格 未提出あるいは不合格の課題があるとき 未提出あるいは不合格のレポートがあるとき 欠席が3 回以上あるとき 公の欠席 病欠 欠席届 欠席をした場合でも課題 レポートは提出する

5 本日のテーマ 講義 コンピュータの原理 機械語プログラム 実習 UNIXコマンド タイプトレーナ (trr)

6 コンピュータ (computer) 計算機, 電子計算機 分類 スーパ コンピュータ 大型コンピュータ ミニ コンピュータ ( ミニコン ) エンジニアリング ワークステーション (EWS) ワークステーション (WS) パーソナル コンピュータ ( パソコン,PC) マイクロ コンピュータ ( マイコン ) 汎用機

7 コンピュータの分類 形態による分類 デスクトップ型 ノート型 ラップトップ型 パームトップ型 機能による分類 サーバ型 一般型

8 コンピュータの分類 オペレーティングシステム (OS) の違い UNIX System V, BSD FreeBSD, Linux, MacOSX など Windows 10,8,7,Vista, XP, 2000, ME, 98, 95 その他 携帯用, ゲーム機用, 家電用

9 コンピュータの中身 中央演算装置 (Central Processing Unit) =CPU 記憶装置 (Memory Unit) =メモリ 入出力装置 (Input/Output Unit) =I/O

10 コンピュータの構造

11 中央演算装置 (CPU) メモリからデータ ( 二進数 ) を取り出し, 演算を行う 内部構成 命令解釈器 算術演算器 (ALU) レジスタ=そろばん

12 メモリ装置 データ ( 二進数 ) を記憶する. 8 桁ずつ管理 管理方法 = 番地付け 一つの番地に 8 桁の二進数を記憶 用語 1 桁の二進数 = 1 ビット (bit) 8 桁の二進数 = 1バイト (byte) 1バイト=8ビット

13 メモリ装置 データの読み出し 番地 メモリ装置 格納されているデータ =8 桁の二進数 データの書き込み 番地 メモリ装置 格納すべきデータ =8 桁の二進数

14 入出力装置 (I/O) インターフェース = 人間とのやりとり 入力 キーボード, マウス, ジョイスティック 出力 ディスプレー, スピーカ, プリンタ 外部記憶 ディスク装置 ハードディスク, フロッピーディスク, MO CDROM, DVDROM 通信 電話回線 = モデム, ネットワーク =LAN

15 コンピュータの構造

16 CPU レジスタ R0 R1R2 R3 R4 R5 R6=SP R7=PC コンピュータの 構造 アドレス (16 ビット ) データ (16 ビッ ト ) アドレス 入力 メモリ データ 入出力 バス

17 情報伝達 = デジタル 電線に電圧を加える (5V) = 1というデータを表す 電線に電圧を加えない (0V) = 0というデータを表す 0(0V) と1(5V) で 情報の伝達を行う 2 進数 + 論理演算 の世界

18 コンピュータの動作 CPU の動作 = 与えられた指令にしたがって以下を行う メモリ内のデータ ( 二進数 ) の読み出し 番地指定 データ読み出し データの加工 四則演算, 論理演算, その他 メモリへのデータ ( 二進数 ) の書き込み 番地指定 データ書き込み メモリとのやり取りがほとんど

19 その他の装置 = 特殊なメモリ 入出力装置 (I/O)= 特殊なメモリ装置 ビデオインターフェース メモリに 1 を書き込むと画面の対応する部分が光る キーボード キーをタイプすると, ある番地のデータがそのキーの文字コードになる

20 CPU への指令 ( 命令群 ) 例 )1000 番地と1002 番地の中身を加算し, 結果を1004 番地へ格納する. 1, 1000 番地の中身をレジスタへコピーせよ 2, 1002 番地の中身をレジスタへ加算せよ 3, レジスタの中身を1004 番地へ書き込め プログラムはこのような命令の集まり

21 CPU に与える指令 指令 ( 命令の集まり ) もメモリに置く = プログラム内蔵方式 = フォン ノイマン型 命令は二進数で表現 メモリ内に順に格納する CPU はこの命令を順に読み出し, 実行する 現在のコンピュータはすべてこの形式

22 命令コード メモリ内におく命令コード (2 進数 ) = 機械語コード CPUごとに決まっている 互換性なし 例 ) (2) = (8) レジスタ5 番にある数をレジスタ2 番へ加えよ

23 機械語の例 メモリ装置 1000 (8) 番地 1002 (8) 番地 1004 (8) 番地 1006 (8) 番地 1010 (8) 番地 1012 (8) 番地 1014 (8) 番地 1016 (8) 番地 (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) MOV #10, R0 (10というデータ) CLR R2 ADD R0, R2 DEC R0 BNE 1006 HALT

24 コンピュータの動作 メモリ内の命令 ( 機械語 ) を順に実行 一度に1つの命令 ( 機械語 ) を実行 データの移動 ( メモリ レジスタ ) 演算 ( 数値演算, 論理演算 ) 分岐命令 単調なくり返し作業

25 CPU 機械語の動作 (8) アドレス バス データ メモリ

26 CPU 機械語の動作 (8) アドレス バス データ メモリ

27 CPU 機械語の動作 (8) アドレス バス データ メモリ

28 CPU 機械語の動作 (8) アドレス バス データ メモリ

29 機械語コード = プログラム コンピュータプログラム ( プログラム ) ひとかたまりの機械語命令 8 桁の二進数の並び コンピュータを使う 誰かが作った機械語命令を動かす プログラム, アプリケーション, コマンド プログラミング ひとかたまりの機械語命令を作ること

30 機械語コードの実行 メモリに機械語コードを置く方法 直接メモリへ書き込む スイッチレジスタ 消えないメモリ (ROM) に入れておく. ROM カセット交換 プログラムの変更. 基本ソフト ( モニタープログラム,OS) CD-ROM, ハードディスク装置 (HD) に記憶された データ メモリへコピー

31 コンピュータの起動 ブート ストラップ プログラム あらかじめ書き込んでおいた ROM のデータ OS 起動プログラム HD, CDROM の特定の場所のデータ OS プログラム HD, CDROM のデータ ( ファイル )

32 オペレーティング システム 外部記憶装置の発達 フロッピ ディスク装置 ハード ディスク装置 ディスク装置のランダム アクセス能力 オペレーティング システム (OS) Disk Operating System(DOS)

33 オペレーティング システム (OS) 電源投入時に, 自動的に起動 1. ユーザとコンピュータの仲立ち プログラム ( コマンド ) の実行 ファイル ( プログラムやデータ ) の管理 2. 入出力装置 (I/O) とユーザ プログラムの仲立ち システム コールの使用 I/0 装置の制御用プログラム ( デバイス ドライバ )

34 機種ごとに発達 IBM PC 互換機 OS の例 MS-DOS Windows Linux(UNIX), FreeBSD(UNIX) Macintosh MacOS Next Step(UNIX) MacOS X(UNIX) Engineering Work Station UNIX(System V, BSD, Linux)

35 神奈川大学湘南ひらつかキャンパス 理学部専門教育用 WS システム (educ WS) オペレーティングシステム Cent LINUX =UNIX OS 構成 サーバ機による集中システム NFS+LDAP 各ユーザ機は同じ状態

36 UNIX OS の特徴 マルチ プロセス 同時に複数のプログラムが動作する 時分割処理 (Time Sharing System) マルチ ユーザ 同時に複数のユーザが使用できる コンソール シリアル インターフェース (RS232C) ネットワーク

37 ログイン手続き WS 使用手順 ユーザの認証 ( ユーザID, パスワード ) ユーザの識別 ( 計算機上の資源の区別 ) ユーザ処理 実際に行う処理 ログアウト手続き 終了処理 マルチ ユーザ システム

38 セッション ログイン処理 ユーザ コマンド ユーザ コマンド flute03 login: s password: secret [flute06 ~]$ コマンド ファイル操作 通信 ( メール, ニュース ) 文書作成 コンパイラ [flute06 ~]$ logout ログアウト処理

39 コンピュータの処理 指令 ( コマンド ) ユーザ コンピュータ 実行結果 ( 文字表示, 画面変化, 音出力 )

40 指令 ( コマンド ) の与え方 コマンドライン型 キーボードから 文字 を打ち込む GUI 型 (Graphical User Interface) 画面上の図形を マウスでクリック アイコン, メニュー, ボタンなど

41 UNIX の操作 UNIX コマンドラインによる操作が基本 情報科学リテラシ では, この操作法を主として学ぶ GUI 型は簡単 コマンドライン操作の拡張 自習で学べる

42 コマンドの例 [flute06 ~]$ emacs e, m, a, c, s と順にタイプした後に Return キーをタイプする emacs という名前で保存されている コマンド ( プログラム ) の実行

43 コマンドの例 2 [flute06 ~]$ who プロンプト コマンド return 入力 Okサイン コマンド入力の終了 whoという名前で保存さ れているプログラム ( ログイン中のユーザの 一覧を表示する )

44 コマンドの例 3 [flute06 ~]$ cat foo bar > newfoo foo と bar というファイルの中身を結合し, newfoo という名前のファイルに格納する. [flute06 ~]$ ls -l lpr ls コマンドを l オプションで実行し, その結果を lpr コマンドへ送る ( プリンタ出力 ) [flute06 ~]$ firefox & firefox コマンドをバックグラウンドジョブとして実行する

45 形式 : UNIX コマンド コマンド名 引数 1 引数 2 コマンド名 : 英数字の列. 実行するべき事項にちなんだ名前. 引数 ( ひきすう ): コマンドの対象物を表す数字や英字列. 省略できる場合もある. オプション引数 : マイナス記号のついた引数 ( ー と英文字 1 文字 ) コマンドの動作を変えるために用いる.

46 コマンドの例 4 [flute06 ~]$ finger ログイン中のユーザの情報を表示する. [flute06 ~]$ finger s s というログイン名をもつユーザの情報を表示する. [flute06 ~]$ finger -l finger コマンド ( 長い (Long) 形式で表示 ) コマンドだけ コマンド + 引数 コマンド + オプション引数

47 コマンドの例 w ログインしているユーザの情報の表示 (1) who ログインしているユーザの情報の表示 (2) finger ユーザの情報の表示 hostname 使用しているWSの名前の表示 date 日付や時間の表示 man コマンドの使用手引の表示 echo 引数で与えられた文字列を画面に そのまま表示する.

48 WS システムの注意事項 パスワードの重要性 ネットワークからシステムに侵入可能 クラッキング (cracking) クラッカー ハッカー 電源管理 他のユーザが使用 ( 研究室からの遠隔使用 ) 分散型並列計算

49 まとめ コンピュータの動作 CPUとメモリのやりとり = 単純なくり返し メモリ内に置かれた機械語コードの実行 その他の装置 = 補助的 ユーザ ( 使用者 ) とコンピュータの橋渡し データの保存

50 まとめ オペレーティング システム (OS) コンピュータの基本プログラム ユーザからの指令 ( コマンド ) の解釈 実行 IO 装置の制御 ユーザ認証 ( ログイン手続き ) マルチ プロセス, マルチ ユーザ

51 用語のまとめ ビット (bit) 1 桁の二進数 バイト (byte) 8 桁の二進数 1バイト=8ビット 番地 =アドレス メモリを参照するために もちいる二進数 レジスタ CPU 内の作業用メモリ 機械語コード 命令を表す二進数 プログラム 一連の機械語コード

52 ホームポジション 左手の受け持ち範囲 右手の受け持ち範囲

53 各指の受け持ち範囲 左手の受け持ち範囲 右手の受け持ち範囲