Upgrade to Pro — share decks privately, control downloads, hide ads and more …

情報処理工学08資料 /infoeng08

情報処理工学08資料 /infoeng08

Kazuhisa Fujita

November 14, 2022
Tweet

More Decks by Kazuhisa Fujita

Other Decks in Technology

Transcript

  1. 情報処理⼯学 第8回
    藤⽥ ⼀寿
    公⽴⼩松⼤学保健医療学部臨床⼯学科
    この資料は「情報機器と情報社会のしくみ」で公開されている画像を多く⽤いています.
    http://www.sugilab.net/jk/joho-kiki/index.html

    View Slide

  2. 5⼤装置とデータの流れ
    補助記憶装置
    主記憶装置
    ⼊⼒装置 出⼒装置
    制御装置
    演算装置
    CPU










    データを演算
    データの
    読み書き
    ⼊⼒をメモリに
    読み込む
    処理結果を出⼒
    制御の流れ 制御の流れ

    View Slide

  3. 記憶装置

    View Slide

  4. 記憶装置(メモリ)
    • 情報を記憶する装置
    • 主記憶装置と補助記憶装置に⼤きく分けられる.
    • 記憶装置に情報を記憶することを書く (write)もくは保存 (save),
    記憶した情報を取り出すことを読む (read)という.
    • 主記憶装置
    • 動作するために必要なプログラムやデータを⼀時的に記憶する装置.
    • メインメモリもしくはメモリと呼ばれることがある.
    • 補助記憶装置
    • プログラムやデータを⻑期に渡り記憶する装置.
    • ハードディスク,SSD,CD-ROM,DVD-ROMなど
    主記憶装置は机
    CPUは頭脳
    補助記憶装置は本棚

    View Slide

  5. 不揮発性メモリと揮発性メモリ
    • 不揮発性メモリ
    • 情報の保持に電源を必要としない.(電源を切っても情報は保持される)
    • 補助記憶装置は不揮発性である必要がある.
    • 揮発性メモリ
    • 情報を保持するのに電源が必要.(電源を切ると情報は消える)

    View Slide

  6. RAMとROM
    • RAM
    • Random Access Memoryの略
    • データの読み込み,書き込み両⽅可能
    • 主記憶装置に使⽤される
    • ROM
    • Read Only Memoryの略
    • 読み込みのみ可能,書き込みはできない
    • フラッシュメモリは書き込めるがROMに分類される.そのため.フラッ
    シュROMとも呼ばれる.

    View Slide

  7. SRAMとDRAM
    • DRAM
    • コンデンサに蓄積された電荷の有無で1と0の状態(情報)を記憶する.
    • 蓄積された電荷は放っておくと徐々に失われるため,再充電する(リフ
    レッシュ)必要がある.
    • SRAMより集積度が⾼い.(容量を⼤きくできる)
    • 主記憶装置としてよく使われる.
    • SRAM
    • フリップフロップ回路(論理回路の⼀種)を⽤い1と0の状態(情報)を記
    憶する.
    • リフレッシュする必要がない.
    • DRAMにくらべ⾼速にアクセスできる.
    • 集積度はDRAMに劣る.

    View Slide

  8. マスクROM,PROM,フラッシュメモリ
    • マスクROM
    • 情報をメモリのチップ内部の半導体素⼦や配線の配置として構成する.
    • ゲームソフトや家電,AV機器,産業機械等に内蔵される制御ソフトの記憶などに
    ⽤いられる.
    • PROM (Programable ROM)
    • PROMは何も情報が記録されていない状態で出荷され,ROMライターと呼ばれる
    機器を使いユーザが情報を書き込む.
    • 機器に組み込んで使う時は読み出し専⽤の記憶装置として機能する.
    • EPROM (Erasable PROM)
    • 紫外線でデータを消去して書き換えることができる.
    • EEPROM (Electrically EPROM)
    • 電気的に情報を書き換えることができる.
    • フラッシュメモリ(フラッシュROM)
    • EEPROMの⼀種.
    • USBメモリ,SDカード,SSDなど様々な⽤途で⽤いられる.

    View Slide

  9. 補助記憶装置(ストレージ)
    • 主記憶装置には揮発性メモリが使
    われるため電源が切れると情報は
    消えてしまう.そのため,情報を
    持続的に保存しておくために補助
    記憶装置が⽤いられる.
    • 外部記憶装置とも⾔う.
    • 主な補助記憶装置
    • 半導体
    • SSD
    • SDカード
    • USBフラッシュドライブ
    • 磁気
    • ハードディスク
    • 磁気テープ
    • フロッピーディスク
    • 光ディスク
    • CD-ROM
    • DVD-ROM
    • BD-ROM

    View Slide

  10. フラッシュメモリを使った記憶装置
    • SSD (Solid State Drive)
    • データへのアクセスが⽐較的⾼速である.
    • 物理的な可動部分がないため,省電⼒,静⾳,耐衝撃に優れる.
    • 書き込み回数に制限がある.
    • 故障時のデータ復旧が難しい.
    • SDカード
    • デジタルカメラ,スマートフォンなどで使われる記憶メディア.
    • ⼩型のmicro SDカードがある.
    • USBフラッシュドライブ(USBメモリ)
    • 別途読み取り機器を必要とせず,USB端⼦に直接接続できる.

    View Slide

  11. ハードディスク(HD)
    • 磁気を利⽤した記憶装置.
    • 磁性体を塗布した円盤(磁気ディスク)に情報を磁気として保
    存する.
    ディスク(プラッタ)
    ⾦属やガラスでできて
    いる円盤.
    表⾯に磁性体が塗布さ
    れていて,それを磁化
    することで情報を記憶
    する.
    磁気ヘッド
    アームの先端についている
    微⼩な電磁コイル.ディス
    クを磁化させたり,情報を
    読み取ったりする.
    アクセスアーム
    先端に磁気ヘッドがつい
    ているアーム.ディスク
    上の⽬的地まで磁気ヘッ
    ドを運ぶ.

    View Slide

  12. セクタとトラック
    • セクタ
    • ディスク上の扇状に分かれた最⼩範囲.
    • トラック
    • セクタを複数集めた1周分の領域.

    Ǯ‰˝ • - ãD; ̕ ̚ x ǟĆƫǽ " Ŏē ®ہн "
    ˆ ƫ î "
    ƍf żƏ<^ǔ΢Ŝƨ<^ Ö ƫǽ
    " )] émŊ tȈƾޗ # * ȳ˦Ψ¿ چʖ ) A x " _Ól&СôR

    A x " ) Ł˦# * ˧ȷ¿ ɞʖ î " _6ÿ`ô Y%F( զ lR -
    ß
    Ã
    ;Й
    q‚wĮ
    ij
    7
    ;
    ĭÚ
    \
    1
    ìV]

    Ç
    
    È
    ±
    â

    2- 67(#
    H618
    …v
    s BO: 1$618 (基礎から学ぶ医療情報)

    View Slide

  13. データへのアクセスに係る時間
    • シーク(位置決め)
    • アームを動かし,磁気ヘッドを⽬的のデータが書かれているトラックのい
    ちまで移動する.
    • サーチ(回転待ち)
    • ディスクの回転に伴い,⽬的のデータが磁気ヘッドの位置まで回ってくる
    のを待つ.
    • データ転送
    • セクタに書かれたデータを読み込む.
    • アクセス時間
    • 上記の3ステップにかかる時間の合計.
    ” ê Ÿ g
    ȗša
    Ƴ Ÿ Ŋ ʼn † Ŋ* : † ô x
    l üĺDZ ƀͯ ਣ Ƅ DŽ
    IJĿ ä 7 ǙǾ : † ô
    Ŋ aɷ ĕ : † ô \Ƙ
    ՜ƕ D ʁ: † ô \Ƙaėӎ 7 k j † U ř
    ҮʭŮԙ j Ÿ ɵˢ
    ê € : > aǏ˜ dz: † ô \Ƙaėū 7 k j † U
    Ǐ˜ : † ô \ƘaʭŮԙ j Ÿ ƌ ͱ U א ɩ w Έ
    xvRa ɀ: † ô \ƘʽӷaʭŮԙ j Ÿ U w Ŋ* ǒ
    ÇɪÇ aĤ΁ Ò 4 : † ô \Ƙ۳ঠ aʭŮԙ j Ÿ U w ǒÇɪÇ
    aˋֱ % ƌ & DŽ ʁ ˩ÅĞ 2 † ÅĞ! ʁ dz ˩ Å
    ˩ אɩΈВ ÅĞ dz ɀ˩ÅĞ Ŋä ɩņÅĞ ªɟ%
    kŠ ƇßƓėŠ ĽmßƻŠ
    „ _r][GVM?FMXV
    (基礎から学ぶ医療情報)

    View Slide

  14. ハードディスクの利点と注意
    • SSDに⽐べ故障時復旧しやすい.
    • 情報はディスク上に磁気で保存されるため,磁気が消えない限
    り復旧できる可能性がある.
    • WindowsなどOS上でファイルを消してもハードディスク上では
    ファイルは消えていない.
    • 上記と同じ理由で,情報を記憶する磁気を消さない限り情報は
    ハードディスク上に残る.消すためには,上書きをするかディ
    スクを破壊する必要がある(ディスクの破壊が⼀番安全).
    • 2019年ハードディスク処理会社の社員がハードディスクを転売
    し,公⽂書が流出.

    View Slide

  15. RAID(レイド)
    • Redundant Arrays of Inexpensive Disksの略
    • 複数のハードディスクドライブを⼀つのドライブのように認
    識・表⽰させる技術
    • 同じ情報を複数のディスクに保存することによるデータ消失に
    対する安全性の向上や複数のディスクに分散書き込みすること
    による⾼速化などの機能を提供することができる.

    View Slide

  16. RAIDのモード
    • RAID0(ストライピング)モード
    • 情報を複数のドライブに分散して書き込むことで⾼速化に情報を書き込む
    ことができる.
    • RAID1(ミラーリング)モード
    • 複数のドライブに同じ情報を書き込むため,同じ内容を持つドライブを複
    数持つ.そのため,ドライブが1つ破損しても他のドライブに情報が残って
    いるためドライブの故障による情報の喪失を防げる.
    データ
    A B C A B
    C
    A B C A B C
    データ
    A B C
    ディスク1 ディスク2
    ディスク1 ディスク2

    View Slide

  17. NAS (Network Attached Storage)
    • ネットワークに接続して使⽤する補助記憶装置
    NAS
    データ保存

    View Slide

  18. 磁気テープ
    • 磁性体をテープ状のフィルムに塗布した記憶媒体.
    • 情報を磁気として保存する.
    • かつて,⾳楽(カセットテープ)や映像(ビデオテープ)をア
    ナログデータとして保存するために⽤いられていた.
    • 現在は⼤容量データのバックアップに⽤いられている.
    (wikipedia)
    カセットテープ

    View Slide

  19. フロッピーディスク
    • 磁性体を塗布・蒸着した樹脂製⼩円盤を樹脂製の保護ケースに
    ⼊れたもの.
    (wikipedia)

    View Slide

  20. 光ディスク
    • レーザ光線によってデータの読み書きを⾏う.
    • CD-ROM,CD-R
    • DVD-ROM,DVD-R
    • BD-ROM,BD-R

    View Slide

  21. CD-ROM
    • Compact Disk Read Only Memoryの略
    • 読み取り専⽤の記憶装置
    • 直径約12cmの円盤
    • CD-ROM1枚で約700MB記憶できる.
    • 1回書込み可能なCD-Rや複数回書き換え可能なCD-RWがある.

    View Slide

  22. DVD-ROM
    • Digital Versatile Discの略
    • 読み取り専⽤の記憶装置
    • 直径約12cmの円盤
    • DVD-ROM⽚⾯1層で4.7GB,⽚⾯2層で8.5GB記憶できる.
    • 両⾯2層使えば17GB記憶することができる.
    • 1度だけ書込み可能なDVD-Rがある.
    • 書き換え可能なものにDVD-RW,DVD-RAMがある.

    View Slide

  23. BD-ROM (Blu-ray Disk ROM)
    • ⻘紫⾊レーザを使った光ディスク
    • 読み取り専⽤の記憶装置
    • 直径約12cmの円盤
    • 1層で25GB,2層で50GB記憶できる.
    • 1度だけ書込み可能なBD-Rがある.

    View Slide

  24. ランダムアクセスとシーケンシャルアクセス
    • ランダムアクセス
    • 記憶媒体にアクセスする時に,不連続な様々な位置からデータを読み書き
    こと.
    • シーケンシャルアクセス
    • データが並んだ順番に端から連続にアクセスすること.
    (wikipedia)

    View Slide

  25. おまけ:なぜCドライブから始まるのか
    • 昔のコンピュータにはフロッピーディスクドライブがついてい
    た.
    • Aドライブ,Bドライブはフロッピーディスクがに割り当てられ
    ていた.
    • さらに,ハードディスクがコンピュータに搭載されるようにな
    り,ハードディスクドライブにはCドライブが割り当てられるよ
    うになった.
    • しかし,フロッピーディスクが使⽤されなくなり,それととも
    にAドライブ,Bドライブもコンピュータ上から消えていった.
    • その名残がまだ現在に続いている.

    View Slide

  26. 演習
    • 記憶素⼦(メモリ)について誤っているものはどれか.(第25
    回ME2種)
    1. RAMは読み書き可能なメモリである.
    2. キャッシュメモリはデータをやり取りする2つのデバイス間の
    速度差を緩衝する役割がある.
    3. フラッシュメモリは電源を切るとデータが消える.
    4. ビデオメモリはディスプレイに表⽰されるイメージを格納する
    メモリである.
    5. メモリの容量は普通バイト単位で表⽰される.

    View Slide

  27. 演習
    • 記憶素⼦(メモリ)について誤っているものはどれか.(第25
    回ME2種)
    1. RAMは読み書き可能なメモリである.
    2. キャッシュメモリはデータをやり取りする2つのデバイス間の
    速度差を緩衝する役割がある.
    3. フラッシュメモリは電源を切るとデータが消える.
    消えません
    4. ビデオメモリはディスプレイに表⽰されるイメージを格納する
    メモリである.
    5. メモリの容量は普通バイト単位で表⽰される.

    View Slide

  28. 演習
    • コンピュータの補助記憶装置について誤っているのはどれか.
    第36回ME2種
    1. RAIDによるハードディスクのミラーリングは信頼性を低下さ
    せる.
    2. アクセス時間を短縮するためにキャッシュメモリが⽤いられる.
    3. BD (Blu-ray Disc) の容量は約25GB/層である.
    4. USBフラッシュメモリはEEPROMの⼀種である.
    5. SSDはハードディスクをフラッシュメモリで置き換えたもので
    ある.

    View Slide

  29. 演習
    • コンピュータの補助記憶装置について誤っているのはどれか.
    第36回ME2種
    1. RAIDによるハードディスクのミラーリングは信頼性を低下さ
    せる.
    向上させます
    2. アクセス時間を短縮するためにキャッシュメモリが⽤いられる.
    3. BD (Blu-ray Disc) の容量は約25GB/層である.
    4. USBフラッシュメモリはEEPROMの⼀種である.
    5. SSDはハードディスクをフラッシュメモリで置き換えたもので
    ある.

    View Slide

  30. 演習
    • 記憶装置について誤っているものはどれか.第29回臨床⼯学技
    ⼠国家試験
    1. RAMは記憶内容を変更することができる.
    2. RAMは主記憶装置として使われる.
    3. ROMは電源を切っても情報を保持する.
    4. フラッシュメモリは揮発メモリの⼀種である.
    5. ハードディスクは情報を磁気的に記憶する.

    View Slide

  31. 演習
    • 記憶装置について誤っているものはどれか.第29回臨床⼯学技
    ⼠国家試験
    1. RAMは記憶内容を変更することができる.
    2. RAMは主記憶装置として使われる.
    3. ROMは電源を切っても情報を保持する.
    4. フラッシュメモリは揮発メモリの⼀種である.
    電源を切っても記憶は保持されます.
    5. ハードディスクは情報を磁気的に記憶する.

    View Slide

  32. 演習
    • 書き込まれた情報を変更できないのはどれか.第26回臨床⼯学
    技⼠国家試験
    • ハードディスク
    • CD-R
    • USBフラッシュメモリ
    • フロッピーディスク
    • SSD

    View Slide

  33. 演習
    • 書き込まれた情報を変更できないのはどれか.第26回臨床⼯学
    技⼠国家試験
    • ハードディスク
    • CD-R
    • 1度書き込んだら変更できません.
    • USBフラッシュメモリ
    • フロッピーディスク
    • SSD

    View Slide