Microsoft PowerPoint - １回 [互換モード]

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1 計算機について学ぶ意義 計算機ハードウエア 2018 年度前期第 1 回 最近のメーカでは 電気技術者 機械技術者といった要素技術者だけでなく 総合技術者 が求められています 総合技術というのは システム のことです 1 機械工学分野 ( 機構, 金属加工, 設計製図 ) 2 電気電子工学分野 ( アクチュエータ, センシング, 通信 ) 3 制御工学分野 ( 追従制御, 非線形制御 ) 4 情報工学分野 ( 軌道計画, プログラミング ) 現在のテクノロジーにおいて 電気機械システムを総括している 計算機 を学ばずして エンジニアリングが成り立たない時代です テーマ 内容 方法等 第 1 回コンピュータの原理計算機の基本的なハードウェア構成について学ぶ 第 2 回数の表現計算機内部における整数の表現法として 2 進数 2 の補数等について学ぶ 第 3 回 論理素子の電子回路 コンプリメンタリ回路 トランジスタによる論理回路 ハイインピーダンス ワイヤード OR 回路等について学ぶ 第 4 回 記憶素子の電子回路 メモリやプログラマブルデバイス等について学ぶ 第 5 回 いろいろな組合せ論理回路 組合せ回路について学び 真理値表 主加法標準形等を理解するとともに マルチプレクサ エンコーダ 比較器等について学ぶ 第 6 回 演算回路 加減算器等について学ぶ 第 7 回論理回路のハザード回路のゲート等に生じる遅延や それにより生じるハザードについて学ぶ 第 8 回中間試験とこれまでのまとめ 解説計算機のアーキテクチャ 数の表現 組み合わせ論理回路について理解を深める 第 9 回 フリップフロップの基本 フリップフロップの動作原理を理解し 基本的なフリップフロップについて学ぶ 様々なフリップフロップと応用回路さまざまなフリップフロップの機能と フリップフロップを用いた簡単な応用回路につ第 10 回いて学ぶ 第 11 回順序回路のモデル順序回路の基礎を理解し 順序回路の表現法を学ぶ 第 12 回順序回路の設計順序回路の設計法を理解する 第 13 回 の動作 がどのように制御されているかを学ぶ 第 14 回総まとめと解説本講義の総まとめを行う 到達目標 評価方法 成績評価基準 (1) 計算機内部における数値の表現法を理解でき 表現できる (2) エンコーダ回路 加算回路 メモリ回路等 計算機等で用いられる回路について理解でき 設計できる (3) 順序回路について理解し 簡単な順序回路を設計できる (4) デジタル回路の遅延に関する基本事項を理解でき 説明することができる (5) 計算機の構造と性能評価について説明することができる 授業の欠席が 4 回以上の場合 または授業の出欠記録と演習などの提出物の状況に不整合がある場合は欠格条件となることがある 授業の終わりに,10~15 分程度の演習問題を課し 提出とする 受講生の解答状況を見て 理解が十分でないポイントを重点的に翌週の授業で解答例と重要なポイントの再確認を行う 最低限 到達目標の (1)~(3) 満たす必要がある (4)(5) の理解度に応じて加点する 演習 レポート等 20% 定期等試験 80% の割合で総合成績とする A: 到達目標項目について 全てを総合して平均 90% 以上の達成度 B: 到達目標項目について 全てを総合して平均 80% 以上 90% 未満の達成度 C: 到達目標項目について 全てを総合して平均 70% 以上 80% 未満の達成度 D: 到達目標項目について 全てを総合して平均 60% 以上 70% 未満の達成度 F: 上記以外

2 至る所にある計算機 ( コンピュータ ) 計算機 ( パソコン ) ロボット 高機能家電 日本ヒューレットパッカード us/personal/?jumpid=ps_74m86jxecn 東芝 CLm5yqvY48QCFcMIvAodd3IAZA Apple 車の電子制御エンジン 自動運転車 j.html 電力変換装置 計算機 ( 昔のパソコン ) 計算機 ( スーパーコンピュータ ) 日本電気 (NEC) PC 年発売 asp?t=1&c=178&st=1 APPLE Macintosh 1984 年発売 =1&c=271 APPLE APPLE 年発売 computer.asp?st=1&c=67 SHARP MZ-80K 1979 年発売 omputer.asp?st=1&c=174 FUJITSU FM-TOWNS 1989 年発売 st=1&c=968 神威太湖之光 計算速度 : PFLOPS( ペタフロップス ) /01/post-6775.php 1 PFLOPS( ペタフロップス )=10 15 回 / 秒の浮動小数点演算 京 計算速度 :10.5 PFLOPS( ペタフロップス )

3 スパコンの計算速度 計算機 ( マイコン ) 日本電気 (NEC) TK 年発売 er.asp?st=1&c=405 SH-2 ボード roduct/superh/ap-sh2f- 6a.html ARDUINO UNO ボード BoardUno 文部科学省平成 25 年度 今後の HPCI 計画推進の在り方について 資料より ちなみに 2017 年度世界スーパーコンピューターランキング TOP500 では日本の 暁光 が世界 4 位 19.14PFLOPS となっている H-8 ボード C/K JPG MicroChip PIC16F84A I-00097/ 計算機械の始まりアラン チューリング (A. Turing) による計算機の概念 On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem, 1936 A. Turing が世界で初めて提唱した 計算機の概念 1. 無限に長いデータ記録用テープ 2. その中に格納された情報を読み書きできる装置 3. 機械の内部状態を記憶するメモリ で構成され 内部状態と読み取り装置から読み出した情報の組み合わせに応じて 次の動作を実行する 1. 読み取り装置の位置のテープに情報を書き込む 2. 機械の内部状態を変える 3. 読み取り装置を右か左に一つ移動する 計算機械の始まり アラン チューリング (A. Turing) による計算機 ( 暗号解読器 ) 第二次世界大戦中のイギリスにおいて ナチスドイツによる当時世界最高の軍事用暗号 エニグマ を解読するために開発された機械式計算機 bombe 暗号解読の組み合わせは 通り この動作を 機械は内部状態が停止状態になるまで反復して実行し続ける = 計算機アルゴリズム

4 電子計算機の始まり ジョン モークリー (John William Mauchly) ジョン エッカート (John Presper Eckert) が真空管を使ったプログラム内蔵方式の電子計算機 ENIAC を開発 1946 フォン ノイマン (John von Neumann) プログラム内蔵方式 EDVAC 1949 = ノイマン型コンピュータ (von Neumann Architecture) コンピュータの 5 大機能 入力機能 記憶機能 演算機能 出力機能 コンピュータにプログラムやデータなどの情報を渡す機能 入力装置から入力されたデータやプログラムを記憶する機能 制御装置の指示と記憶装置に記憶されているデータを基に様々な演算を行う機能 四則演算や論理演算 比較など 処理されたデータを人間が理解できる形式に変換して外部に渡す機能 制御機能 各装置の動作を正常に保つために 動作を制御 ( 操作 調節 管理 ) する機能 十進数加減算のみ 本の真空管と 7200 個のダイオード消費電力 :150kW 二進数四則演算 1000 ワードメモリ約 6,000 本の真空管と約 12,000 個のダイオード消費電力 :56kW ノイマン型コンピュータ (von Neumann Architecture) 計算機の中身 ( パソコンの場合 ) ( 中央処理装置 ) 制御装置 ビデオカード 入力装置 演算装置 出力装置 キーボードマウスタッチパネルその他 記憶装置 ディスプレイプリンタプロッタその他 電源装置 主メモリ 外部記憶装置 メモリハードディスクその他

5 パソコンの構成 光学ドライブ SSD メモリ HDD 1. マルチシステム ( Multiple Processor System ) 対称型マルチシステム SMP(Symmetric Multiple Processor) パラレルシステムともいう 密結合マルチシステム TCMP(Tightly Coupled Multiple Processor) ビデオカード ディスプレイ LAN 疎結合マルチシステム LCMP(Loosely Coupled Multiple Processor) マザーボード その他周辺機器 キーボード マウス プリンタ 2. タンデムシステム ( Tandem System ) 4. デュアルシステム ( Dual System ) フロントエンド FEP (Front End Processor) 3. デュプレックスシステム ( Duplex System ) バックエンド BEP (Back End Processor) 5. シンプレクスシステム ( Simplex System ) Cross check