情報実習I / 情報実験第 6 回
PC のハード的仕組み
北海道大学 大学院 理学院
宇宙理学専攻 修士 2 年
齊藤 大晶
本日の講義の内容
• Introduction
• PCのハードに必要な機能とは?
• 各部品の概要
•
•
•
•
•
入力装置(キーボード, マウス など)
出力装置(ビデオカード, ディスプレイ など)
記憶装置(RAM, HD, DVD, CD, FD, SSD など)
マザーボード (チップセット, バス など)
その他の装置(ネットワークカード など)
• まとめ
• 参考文献
ハードってなに??
• ハードウェア (hardware)
•
コンピュータを構成している電子回路や周辺機器
– などの物理的実体
•
•
•
• キーボード, マウス, ディスプレイなど
ソフトウェア (software)
•
コンピュータを制御する手順・命令をまとめた情報
• BIOS(→次々週), OS, shellなど
コンピュータを使う為には「ハードウェア」と
「ソフトウェア」の両方が必要不可欠
What’s PC?
• Personal Computer
• パソコン
• 原義 ) 個人用低価格コンピュータ
• 複数のアーキテクチャー(基本様式)が
•
存在
最近は 「PC」 ≒ 「PC/AT 互換機」
•
ほとんどの PC が 「PC/AT互換機」なので..
What’s PC/AT互換機 ?
• 「PC/AT」と互換性
•
•
@ITのHP(Insider’s Computer Dictionaryの欄)より
http://www.atmarkit.co.jp/index.html
のあるパソコン
PC/AT(Personal Computer/Advanced Technology)
•
•
•
IBM が 1984 年に発表したパソコン
内部仕様の多くが公開 : 互換製品が各社から
発表され, 業界標準となった
日本では 「DOS/V計算機」とも呼ばれる
What’s DOS/V ?
• DOS/V(Disk Operating System/Video Graphics
Array
•
•
•
)
PC/AT互換機用の OS
•
IBMが1990年に販売
Microsoftの「MSーDOS」 という OS に日本語機
能を追加
世界標準規格である PC/AT互換機で日本語が
扱えるようになり, 海外の安い PC/AT 互換機が
大量に日本市場に流入
「PC」 ≒ 「PC/AT 互換機」 ≒「 DOS/V計算機」
ちなみに… 情報実験機は?
• EPnetFaN 有志により組み
立てられた自作 PC/AT 互
換機
• 簡単に部品をばらすことが
出来るので, PC のハード的
仕組みを学習しやすい
分解・組み立てを体験してみましょう !
PCのハードに必要な機能とは?
今日は, 明日締め切りの情報実験のレポートを
書いた.
まずブラウザを起動し, レポート投稿システムの
画面を開いた.
まだキーボードに慣れていないので遅々として
入力が進まない.
目が疲れたので, ある秘密のホームページにア
クセスして目の保養をする事にした.
めくるめく世界が画面に表示された.
あまりにも有益な写真が表示されたので,
持参したフラッシュメモリにその写真を保存した.
今日はいい日だった。
• 入力機能
•
•
ブラウザを起動
レポートを入力
• 出力機能
•
めくるめく世界を表
示
• 記憶機能
•
フラッシュメモリに
保存
• 処理機能
• プログラムを実行
まとめると...
統合・調整
入力
処理
出力
注)入出力にはサウンドや
記憶
ネットワークを介したものも
含む
装置の種類
• 入力装置
• キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど
• 出力装置
• ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど
• 処理装置
• CPU(Central Processing Unit)
• 記憶装置
•
半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD-ROM,
SSD など
• その他の装置
• ネットワークカード, サウンドカード, SCSIカードなど
• 以上の機能を結合•調整する装置
•
マザーボード(チップセット)
入力装置
• 人間の意思をコンピュータに伝える装置
•
•
キーボード
マウス
キーボード
みなさんの目の前に
ありますね?
マウス
みなさんの目の前に
ありますね?
装置の種類
• 入力装置
• キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど
• 出力装置
• ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど
• 処理装置
• CPU(Central Processing Unit)
• 記憶装置
•
半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD-ROM,
SSD など
• その他の装置
• ネットワークカード, サウンドカード, SCSIカードなど
• 以上の機能を結合•調整する装置
•
マザーボード(チップセット)
出力装置
• 処理結果を人間に伝える装置
•
•
ディスプレイ
ビデオカード
ディスプレイ
みなさんの目の前に
ありますね?
ビデオカード
• 画面表示機能を追加する拡張カード
•
•
•
画面の作画を行うチップ(ビデオチップ)
アナログデータへの変換を行うチップ
画面イメージを保持する為のメモリ
– (VRAM:Video Random Access Memory)
ATI XPERT 98
VRAM: 8MB
ビデオチップ: RAGE
装置の種類
• 入力装置
• キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど
• 出力装置
• ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど
• 処理装置
• CPU(Central Processing Unit)
• 記憶装置
•
半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD-ROM,
SSD など
• その他の装置
• ネットワークカード, サウンドカード, SCSIカードなど
• 以上の機能を結合•調整する装置
•
マザーボード(チップセット)
処理装置
• ソフトウェアを解釈し, 処理を実行する
装置
•
CPU
CPU
• Central Processing Unit
• 一回の命令で同時に処理できるデータの
量や一秒間に実行できる演算の回数が
多いほど高機能
Core2 Quad
Q9550
2.88 GHz
マザーボードに
装着した状態
さらに,ファンを
装着した状態
装置の種類
• 入力装置
• キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど
• 出力装置
• ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど
• 処理装置
• CPU(Central Processing Unit)
• 記憶装置
•
半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD-ROM,
SSD など
• その他の装置
• ネットワークカード, サウンドカード, SCSIカードなど
• 以上の機能を結合•調整する装置
•
マザーボード(チップセット)
記憶装置
• 入力・出力データや処理結果, プログ
ラム (ソフトウェア)を書き込み・読み
込みする装置
•
•
主記憶装置(メインメモリ)
外部記憶装置(ディスクドライブ)
主記憶装置(半導体メモリ)
• RAM(Random Access Memory)
• 半導体素子を利用して電気的に記憶する
•
電源を落とすと記録内容は消滅
• 動作が高速で, CPUから直接アクセス可
• 単位容量あたりの価格が高い
Trancend DDR2800 / 2 GB
外部記憶装置
•
磁気的・光学的・電気的などの手段により記憶する装置
•
•
電源を供給しなくてもデータは消えない
ハードディスク(HD), フロッピーディスク(FD), CD-R/RW, DVD-ROM,
USB メモリ, SSD etc…
• CPUから直接アクセスできない(低速)
• 一度主記憶装置に読み込む必要がある
• 接続方法
•
•
内蔵HD,CD-ROMなど: IDE,serial ATA
•
•
最近のHDDの接続インターフェースの標準はserial ATA
serial ATA では,1ポート1デバイスとなるため、接続した場合の性能低下を防げる
•
IEEE: The Institute of Electrical and Electronics Engineers
外付け: USB,SCSI(Small Computer System Interface),IEEE1394
IDE
•
•
•
•
•
Integrated Device Electronics
PC/AT互換機用のハードディスク
インターフェース
DVD, CD なども接続可能
–
規格:ATAPI(AT Attachment
Packet Interface)
ちなみに情報実験機では 2 本の
IDEケーブルが接続可能
•
Primary, Secondary
一本のケーブルで 2 台まで接続
可能
•
•
Master, Slave
組み立ての際には, Master, Slave の違
いに注意
SATA
• Serial Advanced Technology Attachment
• IDE ケーブルの時と比べて転送速度が速くなっ
•
た
HD, DVD, CD ドライブなどを接続可能
– ちなみに次回組み立てる情報実験機では
4 本の SATA ケーブルが接続可能
– マスター/スレイブ の概念が廃止された
ハードディスク
• 磁性体を塗布した円盤を高速に回転させ,
•
•
磁気ヘッドからデータを読み書きする
磁気ヘッドと円盤の間は 10-6m 以下
振動に弱い
HITACHI
HDP725050GLA
500GB
フロッピーディスク
• 磁性体を塗布した円盤を磁気ヘッドに近
•
•
•
づけてデータを読み書きする
ディスクは取り外しが可能
メディアが安価なため, 古くから使用され
ている
最近はほとんど使われていない
光学ディスク( CD, DVD )
• ディスクに細かい凹凸が刻まれている
• ディスクにレーザ光を当て, 光学的にデータを読み
取る
•
•
•
•
•
DVD は CD よりもデータの記録密度が高いだけで
なく, 両面記録, 2 層記録が可能
*-RW (ReWritable) 読み書き可能 (例: CD-RW,
DVD-RW)
*-R (Recordable ) 一度だけ書き込み可能 (例: CDR)
*-ROM (Read Only Memory ) 読み取り可能 (例:
CD-ROM)
ドライブ,ソフトウェア構成に応じてディスクの規格
を選ぶ必要があることに注意
装置の種類
• 入力装置
• キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど
• 出力装置
• ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど
• 処理装置
• CPU(Central Processing Unit)
• 記憶装置
•
半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD-ROM,
SSD など
• その他の装置
• ネットワークカード, サウンドカード, SCSIカードなど
• 以上の機能を結合•調整する装置
•
マザーボード(チップセット)
その他の装置
• マザーボードのバススロットに装着するこ
とで 拡張機能を提供
•
•
•
ネットワークカード
サウンドカード
USBインターフェースカード
•
マザーボード, バススロットについては後述
ネットワークカード
• LANに接続するための拡張カード
• 別名 NIC (Network Interface Card)/
LAN card/LAN board など
FNW-9800-T
10 BASE-Tおよび
100 BASE-TXに準拠
装置の種類
• 入力装置
• キーボード, マウス, スキャナ, タッチパネルなど
• 出力装置
• ディスプレイ, ビデオカード, プリンタなど
• 処理装置
• CPU(Central Processing Unit)
• 記憶装置
•
半導体メモリ, ハードディスク, フロッピーディスク, CD-ROM,
SSD など
• その他の装置
• ネットワークカード, サウンドカード, SCSIカードなど
• 以上の機能を結合•調整する装置
•
マザーボード(チップセット)
マザーボード(Mother Board)
南←
PCI,AGP
バススロット
チップセット
IDEバススロット
→北
CPU
スロット
メモリ
スロット
ASUS P5P800
BUS
• コンピューター内部で各回路がデータをやり
取り するための伝送路
• CPU内部の回路間を結ぶ内部バス
• CPUとRAMなどの周辺回路を結ぶ外部バス
• 拡張スロットに接続された拡張カードとコンピュ
ーター本体を結ぶ拡張バス
• 複数の信号線で同時に複数のビットを転送
する パラレル転送方式でデータを伝送
• 1 回の転送で同時に送れるデータの量を「バス
幅」と呼ぶ
PCIバス
南←
→北
PCIバス
• Peripheral Components Interconnect BUS
• PC/ATで採用されたバス
•
データの転送速度 : 133 MB/s
• このスロットに特別な機能を持ったカードを
さす事により機能を追加出来る
•
情報実験機にはネットワークカード, ビデオカー
ドが追加されている
• BUS:コンピューター内部で各回路がデータ
をやり取りするための伝送路
AGPバス
南←
→北
AGPバス
• Accelerated Graphics Port Bus
• ビデオカード専用バス
• PCI バスよりも高速
•
•
AGPバス : 266 〜 1066 MB/s
PCIバス : 133 MB/s
• 情報実験のビデオカードは PCI バスに接続
されており, AGP バスは使用しない
チップセット
南←
→北
チップセット
• コンピュータの内部で CPU や RAM, 拡張カ
•
•
•
ード間のデータ受け渡しを管理する一連の
回路群
データの交通整理屋さん
north bridge: CPU-メモリ, AGP
south bridge: ISA/PCI,IDE etc…
IDE 接続設定
•接続したドライブが,指定
したIDで認識されているか
を確認
Primary
Primary
Secondary
Secondary
Master
Slave
Master
Slave
Secondary
ハードディスクインターフェイスの規格.
1 コネクタで2台のHDD を接続できる.
Primary
PCのハード的構造のまとめ
• ハード:PCの物理的実体
• 「PC」 ≒ 「PC/AT 互換機」 ≒「 DOS/V計算機」
• PCの機能と対応する部品
•
•
•
•
•
•
入力:キーボード, マウス など
出力:ビデオカード, ディスプレイ など
記憶:RAM, HD, DVD, CD, FD など
処理:CPU
統合・調整:マザーボード (チップセット, バス など)
その他:ネットワークカード など
参考文献
• IT 用語辞典 e-words (http://e-words.jp/)
• 『体系的に学び直すパソコンのしくみ』
•
日経BP ソフトプレス著
『 見てわかるパソコン解体新書シリーズ』
大島篤著 ソフトバングパブリッシング株式会
社
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情報実験I / 情報実験第6回 PC のハード的仕組み