授業展開#5
計算機とコンピュータ
(コンピュータの歴史と種類)
計算機以前:指と石
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「calculate」の語源はラテン語の「小石」
「digital」の語源はラテン語の「指」
指を半分曲げるなどの中途半端はなし!
そろばんと計算尺
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そろばん:中途半端なし。
→ デジタル。
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計算尺:スライドさせて計算。
→ アナログ。
歯車式計算機
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パスカルの計算機:歯車を使用して足し算、引き算を行った。
(1642年)
ライプニッツの計算機:かけ算、割り算も可能にした。
明治時代:大本寅治郎の「タイガー計算機」:ハンドルを回して
計算。
バベッジの解析機関(1823年~)
「演算機能」、「記憶機能」を持たせよ
うとした。しかし、完成はしなかった。
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計算機の歴史
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1938年:ドイツ:「Z1シリーズ」:リレー式計算機
1939年:アメリカ:「ABC」リレー+真空管
1943年:イギリス:「COLOSSUS」:真空管式
1944年:アメリカ:「MarkⅠ」リレー式大型計算機
1946年:アメリカ:「ENIAC」真空管式計算機
18800本の真空管、重量30トン
フォン・ノイマン型コンピュータ(プログラム内蔵方式)
1950年:アメリカ:EDVAC
1949年:イギリス:EDSAC(先に完成してしまった!)
以降はCPU、メモリー、OSなどの発展にすぎない。
コンピュータの性能向上
リレー方式:電磁石
↓
真空管:速い。しかし信頼性が低い。
↓
トランジスタ:速い。信頼性も比較的高い。
↓
IC(Integrated Circuit) :速い。信頼性も高い。
真空管
真空管の働き
・増幅作用 (小さな電波を大きくする。)
・整流作用 (交流電流を直流にする。)
・検波作用 (電波を耳で聞こえる低周波信号に変換する。)
ENIACには真空管が使われていて、その数は18800本。
•1秒管に5000回の計算をすることができました。
•体積80立方メートル、重量27トン、消費電力140キロワット
真空管の原理
プレート
グリッド
-
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- - -
-
-
-
カソード
オフ
オン
トランジスタ
トランジスタの働き
・増幅作用 (小さな電波を大きくする。)
・整流作用 (交流電流を直流にする。)
・検波作用 (電波を耳で聞こえる低周波信号に変換する。)
NEAC-2201
完成時期
1958年9月
演算素子
トランジスタ 600本
ゲルマニウムダイオード 7,500本
真空管 100本
演算速度
呼出時間を含む平均値
加減算 5.2ms(1.2ms)
乗 算 9.7ms(5.7ms)
除 算 14.1ms(10.1ms)
( )内は即時呼出(高速呼出)の場合
内部記憶装置
磁気ドラム 1,040語
40語平均呼出時間
2.5ms
40語平均即時呼出時間 0.5ms
入出力装置
光電式テープ読取機
テープ穿孔タイプライタ
トランジスタ型コンピュータ(NEC)
トランジスタの原理
コレクタ
- - -
N型
N型
- - -
- - -
P型
薄い
-
+ -
+
+ + +
- - -
ベース
N型
+
-
- -
-
-
-
P型
N型
-
-
エミッタ
電気流れず
電気が流れる
IC(集積回路)
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小型
安定動作(信頼性が高い)
集積度によりIC→LSI→VLSI
素子数が100未満だとSSI(小規模集積回路)
100~1000未満だとMSI(中規模集積回路)
1000~10万未満だとLSI(大規模集積回路)
10万~1000万未満の集積回路をVLSI(超大規模集積回
路)
1000万以上の素子を持つ集積回路はULSI(超超大規模集
積回路)
サイズの小型化
大型コンピュータ
↓
ミニコン
↓
ワークステーション
↓
パソコン
マイクロプロセッサ
1971年:世界最初「4004」4ビット、
電卓用:インテル社
1972年:8008:8ビット、電子計算機
周辺回路用
1974年:8080:8ビット
1981年:IBM PC(8088:インテル
社)
1982年:PC-9801
1984年:マッキントッシュ(68000:モト
ローラ社)
1995年:Windows95
トランジスタ数=2300個
トランジスタ数=3500個
CPUの発展
8086
16ビット
トランジスタ数=29,000個
80286
16ビット
トランジスタ数=134,000個
80386
32ビット
トランジスタ数=275,000個
80486
32ビット
トランジスタ数=1,200,000個
ペンティアム4
32ビット
トランジスタ数=4200万個!
ムーアの法則
「the number of transistors on a chip
doubles every 24 months
(半導体に集積されるトランジスタの数は、24カ
月おきに2倍になる)」
インテル創立者のひとりゴードン・ムーア
線幅 30nmへ、クロック数10GHzへ
マルチコア化
→ マルチコア
 消費電力(~動作電圧2×クロック周波数)
 処理能力向上
 シングルコア
 デュアルコア化の場合
クロック周波数20%ダウン
消費電力:シングルコアと同等
処理能力:約1.7倍
マルチコアの進展
→ 10~100
 キャッシュメモリーの共有
 さらなるマルチ化
インテル® Core™2 Extreme QX6850
4コア集積
8 MB の共有 L2 キャッシュ
1333 MHz フロントサイド・バス
パソコンの歴史
1975年、MITS社:Altair8800
CPU:8080(25MHz)
RAM:256バイト
16個のLEDと16個のスイッチにより操作(2進数を直接入力)
後に、BASIC(ビル・ゲイツ)を搭載する。
パソコンの歴史2
1976年、NEC、TK-80
CPU : μPD8080A
ROM : 768bytes(最大1KB)
RAM : 512bytes(最大1KB)
価格 : 88,500円
パソコンの歴史3
1977年、アップル社:appleⅡ
CPU:6502(1MHz)
RAM:64Kバイト
280×192ドット、6色カラー
1979年、コモドール社:PET2001
CPU:6502(1MHz)
RAM:32Kバイト
パソコンの歴史4
1983年、アップル社:リサ
演習
 世界最初マイクロプロセッサは何か。
 ムーアの法則とはどういった内容か。
 フォン・ノイマン型コンピュータの特徴は何か。
 CPUの規格にはどのようなものがあるか。
 小テスト
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