パソコンの 中 身 を 探 る 社 友 会 九 州 支 部 パソコン 部 会 平 成 26 年 5 月 28 日
計 算 の 基 本 を 知 っておこう 私 たちが 普 段 使 用 しているのは10 進 数 です 0 ~ 9 の10 種 類 の 数 字 を 使 って 数 値 を 表 します コンピュータの 基 本 は0 と1です ( 電 気 のオン オフしかできませんので ) 10 進 数 (10 進 記 数 法 : decimal system) で 238 と 書 けば 二 百 三 十 八 の 意 味 です 10 進 数 の 各 桁 にそれぞ れ10 2 10 1 10 0 の 重 みがあるからです 2 10 2 + 3 10 1 + 8 10 0= 238 ということになります コンピュータでは2 進 数 が 使 われています 0 と 1 の 2 種 類 の 数 字 だけで 数 値 を 表 します 2 進 数 (2 進 記 数 法 : binary system) の 各 桁 にもそれぞれ 重 みがあり 2 進 数 の 基 数 は 2 です 2 進 数 で1101 と 書 けば 1 2 3 + 1 2 2 + 0 2 1 + 1 2 0 = 1 8 + 1 4 + 0 2 + 1 1 = 13 (10 進 数 )ということです 電 子 回 路 でも 電 圧 が 高 ければ 1 低 ければ 0 などと 決 めておけば いくつかの 信 号 を 組 み 合 わせて 数 値 を 表 現 する ことができます 2 進 数 は コンピュータで 数 値 を 扱 うのに 最 適 です この0と1ですべての 情 報 が 表 現 でき それは 論 理 演 算 素 子 で 可 能 ということを 証 明 し 今 のコンピュ ータといわれるものの 基 礎 の 理 論 を 作 り 上 げたのがシャノンという 人 です 今 の 音 楽 映 像 もすべて この 理 屈 で 表 現 されています もう 一 つこの 理 論 の 元 にはブール 代 数 という 数 学 がありますがそれを 活 用 して 演 算 させればよいということも 説 明 している コンピュータ 科 学 の 基 礎 を 確 立 した 人 です それでは 少 しブール 代 数 を 活 用 したコンピュータの 理 屈 の 基 本 を 確 かめましょう シャノン 10 進 数 レジスタA 0 1 1 1 7 レジスタB 0 0 1 0 2 レジスタC 1 0 0 1 9 それでは7+2を 機 械 で 計 算 させてみます そうすると 左 のような 図 になります 足 し 算 は 左 の 図 ですが 引 き 算 は 足 し 算 の 延 長 でおこないます 7-2は7+(2の 補 数 つまり8)つまり15から 桁 上 がりを 消 す) 1
コンピュータができること コンピュータでは2 進 数 を 基 本 としているのは 構 成 している 構 造 物 が 電 気 のオンとオフしかできない ためです 基 本 的 にはこれくらいということができない しかし これくらいを 小 さく 分 割 すると これくらいも 数 値 であらわせるので 数 値 に 置 き 換 えすると 数 値 は0と1で 表 現 できるので これくらいも 数 値 で 表 現 できる そしてコンピュータはこの0と1の 塊 を 演 算 論 理 装 置 で 足 し 算 をします (もちろん 引 き 算 も 掛 け 算 も 割 り 算 も 足 し 算 の 変 形 で 行 う ) その 結 果 を 他 にコピーをする この 演 算 とコピーしか 基 本 的 には 行 わない コピーはデータをメモリや 画 面 あるいは 自 分 を 離 れて 他 のコンピュータにコピーします これが ネットワークと 呼 ばれるものです 本 体 メモリ 左 の 図 はどのタブレット コンピュータ もすべて 同 じ 仕 組 みです プログラムカウンタがこの 演 算 装 置 に 命 を 吹 き 込 む 心 臓 のようなものです ネットワークヘ 画 面 プリンタ 他 2 キーボード マウス 他
コンピュータの 基 本 コード コンピュータの 物 理 上 の 基 本 は1ビット 論 理 的 な 基 本 は1バイト これは8ビット つまり0と1の 信 号 が8つの 塊 となって 意 味 を 持 つ 日 本 で 使 われているこの 基 本 1バイトは 下 の 表 のようになっている NLは1バイトが 00000000 意 味 は 何 もなし BLは1バイトが 00000111 意 味 はビープ 音 を 鳴 らす BSは1バイトが 00001000 意 味 は1 文 字 を 後 退 CRは1バイトが 00001100 意 味 は 行 頭 復 帰 このように 赤 の 枠 の 中 はコントロー ルコードといい 文 字 ではなく 動 作 を 表 します このように 基 本 コード には 文 字 とコントロール 文 字 の2 種 類 が 存 在 します CPUはこれらの コードを 文 字 と 見 たり 実 行 命 令 と みなして 実 行 していきます 右 の 矩 形 の 部 分 は 各 国 によて 割 り 当 てら れている 3
コンピュータのデータストック 左 の 図 は 一 般 的 なパソコンの 本 体 の 記 憶 部 C:とD:はハードディスク ドライブE:は DVDドライブ H:はメモリーカード それぞれのデータ 保 存 量 が 表 示 されています コンピュータはまず 電 源 投 入 時 にC:ドライ ブの 所 定 の 位 置 のプログラムを 読 みに 行 き プログラムの 呼 び 出 し プログラムが 必 要 とする 作 業 領 域 をC:ドライブ 上 に 作 ります なのでC:ドライブの 作 業 領 域 が 取 りにくい ほど 少 なくなると Windowsの 実 行 が 極 端 に 遅 くなる 残 容 量 は20%は 残 しておき たい ファイルとフォルダーの 違 い 下 の 図 はどちらもフォルダーといわれるもの 意 味 は ファイルやホルダーが 格 納 されている 書 庫 と 思 えばよ い 4
ネットワーク Cドライブ 記 憶 装 置 の 中 のファイルのファイル 管 理 root クラウト ファイルA フォルダーA フォルダーB フォルダーC フォルダーD ファイルB rootはパソコン 本 体 にお いてフォルダーと 同 等 と いえますが rootだけは フォルダーとハードが 一 致 しています フォルダーBB ファイルC フォルダーCC フォルダーCCC ファイルD ファイルE ファイルF ファイルG Eのファイルまでの 経 路 は コピーはマウスで ファイルをドラッグ して 先 のフォルダー のどこかにペースト します ここで 気 を 付 けないといけない のは 同 一 のドライ ブ 内 では 移 動 になり 元 のファイルはなく なります フォルダーはマウス の 右 ボタンを 押 すと 新 規 作 成 があり 新 たにフォルダーを 簡 単 に 作 成 できます ファイル データの 塊 データかプログ ラムか フォルダー( 器 ) ファイルまでの 経 路 分 岐 点 または 器 root フォルタ ーC フォルタ ーCC フォルタ ーCCC ファイルF となります これは 県 名 市 名 町 名 番 地.マンション 又 は 一 軒 家 後 は 種 類 を 表 すと 同 じようなファイルシステム 5
ファイルの 種 類 記 憶 装 置 の 中 のファイルのファイル 管 理 ファイルにはデータとプログラムに 大 きく 分 かれます ファイルの 種 類 には 拡 張 子 で 判 別 します 拡 張 子 はファイルの 名 前 の 後 ろにピリオドを 置 き 3 文 字 で 区 別 されます プログラムには.exe のようにexe が 付 けられます (exeはexcute 実 行 するの 略 です )これはデータでは なく 読 み 込 んだら 何 か 内 容 の 指 示 に 基 づいて 実 行 します 又 プログラムにはもう 一 つ.dllというプログラムがあります これは 単 体 では 実 行 できず 実 行 プログラムが 必 要 とされるときに 読 み 込 んで 実 行 されるもので 必 要 とされるときにだけ 読 み 込 ま れるプログラムです データ エクセルやワードのデータには.xls や.doc などが 付 きます プログラムはこの 拡 張 子 を 見 てどのソフトを 立 ち 上 げればよいか 判 断 します 画 像 データ よく 使 われるものに 拡 張 子 がjpg(ジェーペグと 呼 ばれる)といわれるファイルがあります これは 画 像 データでデジカメやインターネットで 見 られる 画 像 の 形 式 はほとんどこれです 音 楽 データ WMAはWindows 標 準 の 音 声 データの 形 式 今 よく 使 われるのはmp3という 型 式 で データが 大 き く 圧 縮 されている 動 画 データ mpeg1はアナログのテレビ 放 送 用 ビデオCDの 記 録 用 今 見 られているデジタルテレビのハイ ビジョン 放 送 はmpeg2という 方 式 で 送 られています 更 にビデオカメラはmpeg4を 基 本 とし た 形 式 でH.264という 型 式 が 使 われている Windowsの 標 準 はAVIという 型 式 でデータ 圧 縮 が なくデータ 量 が 大 きい 6
表 計 算 データベースのデータのしまい 方 NO, 会 員 番 号, 会 員 名,, 住 所 1,445, 岡 本 脩,818-0121, 太 宰 府 市 青 山 4-6-10 2,577, 内 山 良 行,869-2235, 熊 本 県 阿 蘇 市 狩 尾 1361-1 3,616, 本 武 諒 一,862-0941, 熊 本 市 中 央 区 出 水 5-11-51-12 表 のデータは 列 に 向 かってカンマ, で 区 切 られ 改 行 で 行 替 えとなるのが 基 本 カンマのかわりに 半 角 ス ペースだったりします 表 やデータベースは 登 録 時 にCSV 形 式 に 登 録 すると 生 データとして 登 録 され い ろいろなアプリケーションで 活 用 できます 筆 グルメの 読 み 出 しと 登 録 の 仕 方 いろいろな 登 録 形 式 7
画 像 データのさまざまな 形 式 ビットマップ 形 式 とベクトル 形 式 コンピュータ 上 での 画 像 を 大 別 するとビットマップ 形 式 とベクトル 形 式 の2 種 類 に 分 けられます 1:ビットマップ 形 式 のファイルとは 点 (ピクセル)の 集 合 から 構 成 されるデータの 事 です 2:ベクトル 形 式 の 画 像 とは, 座 標 と 数 式 の 組 み 合 わせによって 直 線 や 曲 線 を 定 義 することで 画 像 を 表 現 するものです デジカメに 使 われている 画 像 データの 形 式 はおおよそ 統 一 されています これを 知 っておくと エクセルやワードで 使 うときに 役 立 ちます デジタル 画 像 のファイル 形 式 には 様 々なものがあります 代 表 的 なファイル 形 式 について 簡 単 にまとめてみました 用 途 に 応 じて 使 い 分 け して 頂 ければと 思 います Joint Photographic Experts Group (JPEG) 拡 張 子 (jpg) 最 も 一 般 的 で 有 名 な 画 像 データのファイル 形 式 です 読 み 方 は ジェイペグ デジタルカメラは 通 常 この 形 式 で 撮 影 されます デジタルカ メラのメモリーカード(コンパクトフラッシュやSDメモリーカードなど)から 撮 影 したデータをパソコンなどに 保 存 した 場 合 基 本 的 に JPGで 保 存 されます 点 (ピクセル)の 集 合 から 構 成 される ビットマップ 形 式 のデータです 保 存 する 時 に 圧 縮 を 行 うのでファイル 容 量 を 非 常 に 小 さくすることができます 不 可 逆 圧 縮 のため 二 度 と 元 データにもどす 事 はできません 圧 縮 の 弊 害 として 画 像 の 劣 化 を 伴 いますので 圧 縮 率 を 低 く 設 定 すれば 画 像 の 劣 化 を 気 にしなくてすみます またJPGはそのままホームページ 用 WEB 画 像 として 掲 載 することが 出 来 ます この 場 合 は 画 像 ファイルサイズをある 程 度 圧 縮 する 必 要 が あります Tagged Image File Format (TIFF)( 拡 張 子 tif) 読 み 方 は ティフ です Aldus 社 とMicrosoft 社 によって 開 発 された 画 像 データのフォーマットです 1 枚 の 画 像 データを 解 像 度 や 色 数 符 号 化 方 式 の 異 なるいろいろな 形 式 で 一 つのファイルにまとめて 格 納 できるため 比 較 的 アプリケーションソフトに 依 存 しな い 画 像 フォーマットになっています OS 間 での 互 換 性 も 高 く たいていのソフトウェアで 使 う 事 ができます ファイル 圧 縮 を 行 わな いため 画 像 の 劣 化 もほとんどありません ファイルサイズは 非 常 に 大 きくなります RGB 各 色 8 bit 約 1677 万 色 の 階 調 を 持 ってい ます Bit Map( 拡 張 子 bmp) ビットマップ と 読 みます Windows 環 境 で 標 準 に 使 用 されるペイント 系 の 画 像 形 式 ファイルです 白 黒 (2 値 )の 画 像 からフルカラー(1677 万 7216 色 )までの 色 数 を 指 定 できます 基 本 的 には 無 圧 縮 で 画 像 を 保 存 するが 16 色 と256 色 の 形 式 では 圧 縮 するオプションが 選 択 できるようになっています 容 量 は 結 構 大 きくなります Graphic Interchange Format ( 拡 張 子 gif) 読 み 方 は ジフ ホームページ 用 の 画 像 として 広 く 使 われています ビットマップ 形 式 の 画 像 で 色 数 を 制 限 し 圧 縮 を 行 うことに よって 大 幅 にファイル 容 量 を 軽 量 化 することが 出 来 ます また 透 明 GIFという 背 景 色 を 反 映 させることが 可 能 な 機 能 も 備 えています 色 数 が256 色 と 限 られているため 比 較 的 多 くの 色 グラデーションなど を 必 要 としないロゴマークなどのデザイン 画 像 に 多 く 使 われて います そのほかPNG PSD RAW 等 たくさんあります 8
音 楽 データのさまざまな 形 式 WMA(Windows Media Audio) Microsoft 社 が 開 発 した Microsoft 社 製 品 の 標 準 の 音 声 圧 縮 方 式 です インターネット パソコンで 広 く 普 及 しています MP3(MPEG1 Audio layer3) 音 楽 データを 圧 縮 する 技 術 が 色 々と 開 発 されていますが このMP3は 以 前 から 広 く 普 及 しています MP3 は MPEG-1 という 映 像 圧 縮 技 術 の 音 声 部 分 を 利 用 しています AAC (Advanced Audio Coding) MP3の 後 継 といえるもので 全 ての 圧 縮 率 において 高 音 質 を 実 現 するべく 作 られています MP3はMPEG-1という 映 像 圧 縮 技 術 の 音 声 部 分 を 利 用 していますが AACは より 新 しい MPEG-2 の 音 声 圧 縮 技 術 を 利 用 しています ATRAC3(Adaptive Transform Acoustic Coding) ソニーが 開 発 した 音 声 圧 縮 技 術 で ソニー 製 品 を 中 心 に 音 楽 配 信 サービスやソニーのMDフォーマットに 主 に 使 用 されて いる 圧 縮 規 格 です 右 図 のようにアナログのデータでもデジタル 化 することでコン ピュータで 活 用 することができるようになります これをアナログデータの 量 子 化 といいます これは 先 に 述 べたシャノンのコンピュータの 基 礎 理 論 で 明 らか にされたものです これによりいろいろな 事 象 がコンピュータ で 活 用 できることになりました いろんなデータもコンピュータの 中 では 単 に0と1の 羅 列 でし かありません 世 の 中 何 でもアナログ 的 と 思 っていたら 時 間 も 最 小 単 位 はデジタルだった 9