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コンピュータのしくみ('14)

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主任講師
岡部 洋一 (放送大学客員教授)
放送メディア
テレビ
放送時間(平成29年度)
第1学期:(木曜)11時15分~12時00分

講義概要

現在、コンピュータは、各種電算機処理のみならず、インターネット上のサーバーや一般家庭にもパソコン、家電製品内のマイコンという形で、オールマイティの情報処理を行う正に頭脳の役割をしているが、その内容についてはあまり理解されていない。ここではコンピュータの構造、動作原理といったしくみについて全15回にわたって講義する。もっとも簡単な回路である論理回路、さらに過去の履歴に依存してその動作を変えていくシークエンス回路を基礎として、これらを組み合わせた電卓の構造と動作原理を示し、さらに何でも処理できるコンピュータについて学習を進めていく。
※詳しくはシラバス

開設年度
平成26年度
科目区分
コース科目(情報コース(専門科目))
〔2009年度~2015年度〕専門科目(情報コース)
〔2008年度以前〕専門科目(情報コース)
科目コード
1570102
単位数
2単位
単位認定試験
試験日・時限
平成28年度 第2学期:平成29年1月26日(木曜)6時限(15時35分~16時25分)
平成29年度 第1学期:平成29年7月29日(土曜)8時限(17時55分~18時45分)
単位認定試験
平均点
(平成27年度 第2学期)65.1点
(平成28年度 第1学期)61.3点
備考
※この科目は「コンピュータのしくみ('08)」を一部改訂しています。
「コンピュータのしくみ('08)」単位修得者は履修不可
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授業の目標

全15回の講義を通じ、一見複雑そうに見える情報処理機械が実は簡単な回路の大規模な合成によって構成されていることを理解し、またコンピュータを動かすプログラムとの関連を理解することを目標とする。コンピュータを単なるブラックボックスとして理解するのではなく、その原理を理解することにより、どんな情報処理機械でも設計できるようになることを最終の目標とする。

履修上の留意点

この科目の通信指導はWebのみでの提出となります。郵送では受け付けませんので、ご注意ください。

シラバス

テーマ 内容 執筆担当講師名
(所属・職名)
放送担当講師名
(所属・職名)
1 ディジタルとアナログ(第1章)
【改訂回】
わかっているようでわかっていない「ディジタル」という用語を「アナログ」との比較から説明し、ディジタルでは各種の物理的情報をどう表現し、どう処理するかについて概念的な理解を深める。さらに、現在、急速にディジタル処理が増えてきた理由、ディジタル処理の歴史について説明する。

【キーワード】
ディジタルとアナログ、連続量と不連続量、トランジスタとLSIの発展
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
2 スイッチ素子 (第2章-第3章 3.2節) 論理回路の要素となるスイッチ素子について紹介し、現在のコンピュータがトランジスタの集合体である集積回路で構成されていることを学ぶ。さらに、論理を作るための基本構成要素であるNOT、AND、ORについて、その動作を理解し、基本論理回路でもっとも重要なNOTをトランジスタを使ってどう実現するかを示す。

【キーワード】
スイッチ素子、トランジスタ、集積回路、基本論理、NOT、AND、OR
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
3 基本論理回路と組合せ論理回路(第3章残り-第4章 4.3節) ANDとORに対し、トランジスタで実現しやすいNAND、NORの回路の動作と構成を学ぶ。さらに、こうした機能要素を組み合せて実現できる組合せ論理回路という概念をEORや加算器を例に理解する。

【キーワード】
基本論理回路、NAND、NOR、組合せ論理回路、EOR、加算器
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
4 組合せ論理回路の構成法 (第4章 残り) 多入力多出力を持った任意の論理回路を実現する一般的方法を示し、これらがNOT、AND、ORの組合せだけで構成できることを示す。さらにAND、ORをNANDで置き換えることにより、どんな組合せ論理回路もNANDだけで構成できることを示す。

【キーワード】
ドモーガンの法則、組合せ論理回路、真理値表、AND-OR回路、NAND-NAND回路
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
5 状態遷移図、状態遷移表とシークエンス回路(第5章 5.2節まで) 回路が内部状態を持ち、出力が入力のみでなくその内部状態に依存して決定される回路をシークエンス回路と呼ぶが、その原理を理解する。またどんなシークエンス回路も状態遷移図および状態遷移表を作成することにより、組合せ論理回路および遅延回路の組み合せで実現できることを示す。

【キーワード】
シークエンス回路、内部状態、遅延回路、状態遷移図、状態遷移表
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
6 遅延回路とパストランジスタ (第5章 残り) 1クロックだけ遅延させる遅延回路として、Dフリップフロップの動作原理を学ぶ。また、Dフリップフロップと同じような原理で動作する記憶回路である各種レジスタ、プリチャージ論理回路などについても説明する。

【キーワード】
Dフリップフロップ、パストランジスタ、レジスタ、プリチャージ論理回路
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
7 二進加減算(第6章 6.3節まで) コンピュータの中では数値データはどう扱われるのか。また加減算といった算術計算は二進数でどうなされるのか、それに必要なコンピュータのしくみについて学ぶ。

【キーワード】
内部表現、二進表現、符号なし整数、符号あり整数、算術計算、加算、減算
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
8 二進乗除算とデータの内部表現(第6章 残り) 前回に引き続いて、算術計算の乗除算が二進数でどうなされるのか、それに必要なしくみについて学ぶ。さらに小数、文字、文字列はどうように扱われるのかを理解する。

【キーワード】
乗算、除算、小数、文字、文字列
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
9 コンピュータの概要 (第7章) コンピュータの構成の概要について学び、中央処理装置を中心に、外部メモリー、周辺装置のあることを学ぶ。また中央処理装置の中にはデータ処理部と制御部があるが、データ処理部に必要な部分回路、データ処理部と制御部の関係について理解する。

【キーワード】
コンピュータの構成、中央処理装置、外部メモリー、周辺装置、データ処理部、制御部
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
10 プログラム (第8章) コンピュータの動作になくてはならない機械語のプログラムとは何か。それを構成している命令にはどのようなものがあるか。コンピュータはこれら命令をどのように実行していくのか。現在のコンピュータの基本である蓄積プログラム方式とは何か、その特長と合せて説明する。

【キーワード】
プログラム、機械語、命令、蓄積プログラム方式、高水準プログラム言語
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
11 データ処理部1(第9章 9.5節まで) コンピュータのデータ処理部の具体的な回路の構造について学ぶ。バス、レジスタ、入出力、シフタといった部分回路について詳細な説明を行う。

【キーワード】
バス、レジスタ、入出力回路、シフタ
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
12 データ処理部2(第9章 残り) 前回に引き続き、コンピュータのデータ処理部の具体的な回路の構造、特にその中核となる算術論理回路ALUの構成法や構造について詳細な説明を行う。

【キーワード】
算術論理回路、ALU
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
13 制御部1(第10章 10.3節まで) コンピュータ全体の頭脳ともいうべきデータ処理部を動かす制御部の役割について学ぶ。特に歴史的進化を追って、電卓の動作までを説明する。

【キーワード】
命令レジスタ、プログラムカウンタ、フェッチ、電卓
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
14 制御部2(第10章 残り) コンピュータを大きく進化させた蓄積プログラム方式について、その動作を学ぶ。さらに、その後のコンピュータに大きな影響を与えたマイクロプログラム、RISC、パイプライン処理、SIMDといった概念とともにアーキテクチャの意味を習得する。

【キーワード】
蓄積プログラム方式、マイクロプログラム、RISC、パイプライン処理、SIMD、アーキテクチャ
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
15 今後の発展 (第11章)
【改訂回】
コンピュータは今までのようにどんどん進化していくのか。何らかの限界があるのかといったコンピュータの進化論と合わせて、将来のコンピュータについて概説する。

【キーワード】
コンピュータ、進化、スケール則、汎用コンピュータ、専用コンピュータ
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
岡部 洋一
(放送大学客員教授)
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