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情報処理工学：第

15回

第５章 コンピュータの動作原理（

5.1-5.3）

第 章

ピ

タ

動作原理（

）

第５章 コンピュータの動作原理（

5.4-5.5）

第

8章 データ通信とネットワーク（8.1-8.3.3）

第

8章 データ通信とネットワーク（8.3.4）

第

8章 データ通信とネットワーク（8 4-8 8）

第

8章 デ タ通信とネットワ ク（8.4 8.8）

教科書にない：インターネット、伝達関数

5.2 コンピュータの起動の仕組み

1.

最初、メインメモリは「空」

2.

ブートストラップを行う

1

IPL（Initial Prograum Loader)がROMに有る

1.

IPL（Initial Prograum Loader)がROMに有る

2.

電源

ONの後、IPLがLoaderをメインメモリへ

3

引き続き

LoaderがOSをメインメモリへ

3.

引き続き

LoaderがOSをメインメモリへ

3.

同時に周辺機器用ファームウェアを

1.

最低限の周辺機器制御プログラムが

ROMに有る

2.

H/WとS/Wの中間的性質：ファームウェアと呼ぶ

/

/

†

BIOS等がその例。

4

その後 アプリを立ち上げ 利用

4.

その後、アプリを立ち上げ、利用

関連用語

†

リソース（資源：使用できる「空間」、装置）

†

コマンド

†

プロセスとスレッド

„

スレッド：プロセス中のリソースを共用し、並行処理を

進める。この処理単位をスレッドと呼ぶ

O

†

OS

†

カーネル（

Kernel)：OSの中核

†

シェル（

Shell)：カーネルに情報を伝えるPrgm

†

ユーザ

I/F：人間とCPUとのI/F。

/

/

„

CUI

„

GUI

2012/1/9 3

関連用語

†

システムコール

シ テ

ル

„

ユーザが勝手に書き換えては困る重要な

Prgmを変更

したい。

„

特権モードで

Administratorなどが利用できる関数

„

これを「システムコール」と呼ぶ

†

API

†

デバイスドライバ

„

H/Wを個別に制御するプログラム。

„

同じ

USBでもメーカによってデバイスドライバは異なる。

蔵

ザ

„

最近は

H/Wに内蔵され、ユーザは特に意識しない場合

が多い。

5.4 低水準/高水準言語

/

†

低水準言語

（機械語とアッセンブラ）

†

低水準言語

（機械語とアッセンブラ）

†

高水準言語

科学技術計算

„

科学技術計算

；FORTRAN、BASIC、C、PL/1,ALGOL、Pascal

„

事務処理

；COBOL

„

オブジェクト指向言語

(OOP: object-oriented programming)

†

オブジェクト指向言語の例

„ C++(1979)、Ruby(1993),Perl(1994),Ada(1995) „ Java(1995),Delphi(1995),JavaScript(1996) „ C#(200)； OOPを特徴付ける概念：『クラス』 „ C#(200)； OOPを特徴付ける概念：『クラス』

„

ビジュアルプログラミング言語

† VisualBasic VisualC++/C# † VisualBasic,VisualC++/C# 2012/1/9 5

8.1 通信の変遷 – まとめ1

-†

通信の黎明期

通信

黎明期

„

有線

†

電話、電信（有線）時代は『電線』として利用

„

無線

†

マクスウェル

/ヘルツ/マルコニーなどの先駆者

†

「タイタニ ク号の

SOS」 ⇒ 『移動体（船舶）』通信でスタ ト

†

「タイタニック号の

SOS」 ⇒ 『移動体（船舶）』通信でスタート

†

いずれも信号は「アナログ（連続）信号」

†

伝送容量（通信回線数）を増加させるため、「大容

量化 の時代が始まる

量化」の時代が始まる。

„

TV番組の全国配信（マイクロ波中継網）

„

まだ 「アナログ信号」

„

まだ、「アナログ信号」

8.1 通信の変遷 – まとめ2

-8.1 通信の変遷

まとめ

2

†

通信内容の変化

通信内容

変化

„

音声、

TV から ディジタルデータ へ

„

通信網への「高速化」「大容量化」の期待

†

「通信のディジタル化」が進展

†

有線：

同軸ケーブルから光ファイバへ

„

Gbitクラスの伝送を各家庭 提供(FTTH)

„

Gbitクラスの伝送を各家庭へ提供(FTTH)

„

光ファイバの低損失特性から長距離伝送路に利用

†

無線

固定無線から携帯（スマホ） 無線

LAN

†

無線：

固定無線から携帯（スマホ）・無線

LANへ

„

ケーブル接続の煩雑さからの開放

„

携行可能な情報端末の利便性提供

„

携行可能な情報端末の利便性提供

2012/1/9 7

8.2 情報理論

†

シャノン・ハートレーの定理

10 e c/Hz) 1 C/W (bit/s e 0.1 -10 0 10 20 30 40 S/N(dB)

†

ハートレーの法則

S/N(dB)

†

トレ の法則

サンプリング周波数とｆ

_Ｍ

_Ｍ

の関係

FF

[S(t)m(t)] _{Guard band} f_S > 2f_M Over Sampling freq f_{M fS 4f} M p g f_S - f_M

FF

[S(t)m(t)] _{fS < 2fM} Under Sampling freq f_{M 3fM 4fM} f_S - f_M f_S f_S f_M

変復調技術

変調： 電波（搬送波）に情報をのせること。 変調 電波（搬送波） 情報を る 。 振幅、周波数、位相のいずれかを情報に従い変化させる。 （8.3）

)

sin(

)

2

sin(

)

(

φ

ω

φ

π

+

+

⋅

⋅

=

t

A

t

f

A

t

f

電波の時間波形 振幅 周波数 位相

)

sin(

ω

+

φ

⋅

=

A

t

電波の時間波形 振幅 周波数 位相 角周波数 変調は、情報がアナログ信号の場合はアナログ変調、ディジタル信号の 場合はディジタル変調となる。 11

変調の模様（時間軸）

変調

模様（時間軸）

アナログ変調 ディジタル変調 1 0 0 1 0 1 1 ディジタル アナログ (a) 変調信号 (b) 搬送波 (b) 搬送波

大 小 大 小 大 小 ON OFF OFF ON OFF ON ON 振幅 (c) 振幅変調 大 小 大 小 大 小 _{f1 f0 f0 f1 f0 f1 f1} 周波数 (d) 周波数変調 0 π π 0 π 0 0 位相 進み 遅れ 進み 遅れ 進み 遅れ (e) 位相変調 図8.3 各種変調波形 図8.3 各種変調波形

多元接続

方式概念

電力 電力 電力

多元接続

方式概念

時間 f1 f2 _{時間 時間} 周波数 fn 周波数 T1 T2 T3 周波数 各種多元接続方式の概念

(a) FDMA (b) TDMA (c) CDMA

周波数 周波数 周波数

・多元接続（Multiple Access）技術とは通信システムを構成する複数の局に よって有限な無線周波数を共用する技術である。

・大別すると以下に分類される。

FDMA (Frequency Division Multiple Access) 方式

TDMA (Time Division Multiple Access)方式

CDMA (Code Division Multiple Access)方式

Z.3 電子メール

A)

送信者は自分の使用すべきメールサーバにメールを送信

B)

左のメールサーバは右のメールサーバへメールを配送

C)

受信者は自分のメールサーバに受信メールの有無を確認

D)

受信メールが有れば、そのメールを受信。

E)

メールアドレスから

IPアドレスを照会する際にDNSサーバ

を使用

15 http://www.inet.or.jp/hybrid/mail1.html

用語：メールと

Web

†

メール：

„

SMTP: Simple Mail Transfer Protocol

„

POP(3): Post Office Protocol

„

IMAP4: Internet Message Access Protocol

Ver4

†

Web:

„

URL: Uniform Resource Locator

†

インターネットに共通

„

DNS: Domain Name System

y

用語：その他

†

SSL： Secure Socket Layer

デ

„ SSLとは、インターネット上でデータを暗号化して送受信する方法

のひとつで、Netscape Communications社が開発しました。 TLS（Transport Layer Security）は、SSLをもとに標準化させp y y たものです。

†

TLS：Transport Layer Security

„ SSLをもとに標準化させたもの。

†

Cookie

„ W bサ バ がクライアント „ Webサーバーがクライアント に預けておく小さなファイルのこと 17 http://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/security/kiso/k01_ssl.htm

st5-11: ラプラス変換表

(

(

ある程度暗記すべし

)

)

† ラプラス変換の一覧表で、ラプラス逆変換にも使える。 † [注意] f(t) 0 (t < 0) であり 表の f(t) は t ≥ 0 に対するものであ † [注意] f(t) = 0 (t < 0) であり、表の f(t) は t ≥ 0 に対するものであ る。 f(t) F(s) = L{f(t)} f(t) F(s) = L{f(t)}

δ

(t) 1 1 s 1 ( ) 1 1 + − n a s

ω

! n e tn at s 1 1 + n s ! n tn e at_sin

ω

_t eat_cos

ω

_t 2 2 ) (

ω

ω

+ −a s 2 2 −a s eat a s− 1

ω

e cos

ω

t eat_{sinh bt} 2 2 ) (s−a +

ω

2 2 ) (s a b b − − sin

ω

t t 2 2

ω

ω

+ s s e at_{cosh bt} ) (s a b 2 2 ) (s a b a s − − − cos

ω

t 2 +

ω

2 s

st6-7: ブロック線図について

伝達関数ブ ク _ブ z 伝達関数ブロック G (s) z 定数倍ブロック K z 積分器 1 G (s) K s z 合流(その1) z 合流(その2) z 分岐 + + + + –