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コンピュータの動作と管理('17)

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主任講師
葉田 善章 (放送大学准教授)
放送メディア
テレビ
放送時間(平成29年度)
第1学期:(水曜)0時00分~0時45分
第2学期:(月曜)12時00分~12時45分

講義概要

コンピュータはハードウエアとソフトウエアが組み合わさって初めて動作が実現される装置である。コンピュータの利用やソフトウエアの開発では、ハードウエアを管理し、アプリケーションソフトウエアの動作に必要となる機能を提供するオペレーティングシステム(OS、基本ソフトウエア)と呼ばれるソフトウエアが用いられることが一般的である。本科目では、パソコンや家電に組み込まれるマイコンなどを例にしながら、コンピュータの基本的な動作、オペレーティングシステムが持つ機能、コンピュータの利用について学ぶ。
※詳しくはシラバス

開設年度
平成29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
1570234
単位数
2単位
単位認定試験
試験日・時限
平成29年度 第1学期:平成29年7月27日(木曜)8時限(17時55分~18時45分)
平成29年度 第2学期:平成30年1月28日(日曜)2時限(10時25分~11時15分)
単位認定試験
平均点
備考
 
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授業の目標

コンピュータの基本的な演算のしくみや動作、コンピュータが持つ計算機資源の管理について学ぶことを通して、コンピュータのしくみについて理解を深めることを目標とする。

履修上の留意点

履修は必須ではないが、関連する科目は、「情報学へのとびら('16)」「コンピュータのしくみ('14)」「ソフトウェアのしくみ('14)」である。
本科目は「コンピュータの動作と管理('13)」を改訂した科目であり、重複する内容がある。

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 コンピュータの動作と管理 コンピュータはソフトウエアとハードウエアで構成されている。本章では、コンピュータを構成するソフトウエアとハードウエアの概要について説明するとともに、本科目の概要について述べる。

【キーワード】
ソフトウエア、ハードウエア、オペレーティングシステム、計算機資源
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
2 演算装置のしくみ コンピュータを構成するハードウエアの違いを考えることを目的として、主要装置の一つである演算装置のしくみを直感的に考える。演算装置は論理回路により構成されており、性能向上のためにさまざまな工夫がなされている。コンピュータの性能を決めるプロセッサーの動作や構成について理解する。

【キーワード】
プロセッサー、クロック、ALU、命令、論理演算
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
3 演算装置による命令実行 プロセッサーはプログラムを構成する命令をどのように実行するのだろうか。コンピュータの演算装置で命令を実行するしくみについて学習する。プログラムを記述する言語、命令の構成や種類について概説し、プロセッサーの命令に対するアプローチの違いであるCISCとRISCについて紹介する。

【キーワード】
命令、機械語、命令実行、レジスター、実行サイクル、命令の種類
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
4 プロセッサーと周辺機器の通信 コンピュータは、接続された周辺機器の制御やデータの受け渡しを行うため、入出力インターフェースが備わっている。本章では、規模の小さなプロセッサーで採用されることが多い、レジスターを入出力ポートに使う方式に注目し、そのしくみについて考える。また、プロセッサーと周辺機器を接続し、データのやりとりを行うバスについて理解する。

【キーワード】
周辺機器、プロセッサー、入出力ポート、バス
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
5 効率的なプログラム実行 コンピュータの命令は、通常、アドレスの小さい順に実行される。一方で、キーボードやマウスなどの入力機器や、モニターやプリンターなどの出力装置への対応、データ転送の待ち受けなどの対応によって、プログラム実行の流れが変更されることがある。本章では、コンピュータに接続されたデバイスなどに対する処理を効率的に行うしくみである、割り込みについて説明する。

【キーワード】
割り込み、タイマー割り込み、スケジューリング
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
6 補助記憶装置とデータ記憶 コンピュータで作成したデータは、ハードディスクドライブやSSD、USBメモリーといった補助記憶装置に保存されることが一般的である。保存するデータは抽象化され、ファイルと呼ばれる形で取り扱われることにより、補助記憶装置に保存される。抽象化やファイルの取り扱い、補助記憶装置によるデータの記憶について学ぶ。

【キーワード】
抽象化、ファイル、フォルダー、補助記憶装置
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
7 OS構造と周辺機器 コンピュータの利用は、周辺機器の利用が必須である。OSは、周辺機器を利用するためにデバイスドライバーを組み込み、周辺機器を利用可能にする。デバイスドライバーの組み込みや、OSが周辺機器を利用するしくみを学ぶため、ソフトウエアの構造化やOSのアーキテクチャーを学ぶ。また、データ転送を高速化する方法について学ぶ。

【キーワード】
OSの構造、ソフトウエア構造化、周辺機器の利用、デバイスドライバー、データ転送の高速化
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
8 プログラム実行の管理 OSが提供するプログラムを実行するしくみについて考える。プロセスやスレッドと呼ばれる単位でプログラムを実行するしくみや、仮想プロセッサーをプロセスやスレッドに割り当て、マルチタスク処理と呼ばれる同時実行を行うしくみについて学ぶ。また、ハードウエアやOSによるプロセスやスレッドの管理について学ぶ。

【キーワード】
プロセス、スレッド、プログラム処理、スケジューリング
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
9 プロセスの協調動作とメモリー OSが実行するプロセスやスレッドを協調して実行するしくみについて考える。プロセスが資源を利用する場合などに必要となる相互排除やセマフォ、デッドロック、プロセス間で実行状況のデータ交換で使われるプロセス間通信について学ぶ。また、プログラム実行で必要となるメモリー管理や仮想メモリーについて学ぶ。

【キーワード】
プロセスの協調、メモリー管理、仮想記憶
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
10 記憶装置とOS起動 コンピュータで使われる記憶装置である半導体メモリーや、リムーバブルメディアについて考える。メインメモリーに使われるRAMや、USBメモリーといったフラッシュメモリーの働きや、記憶装置の記録方式、利用について学ぶ。また、OSの起動や終了、コンピュータの省電力動作モードであるサスペンドやハイバネーションについて学ぶ。

【キーワード】
半導体メモリー、リムーバブルメディア、起動、省電力動作モード
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
11 OSの種類と基本動作 OSは、コンピュータで目的となる処理を実現するために利用される。コンピュータで利用されるOSや、プログラム実行を制御するスケジューリングについて学ぶ。また、パソコンのようにさまざまな用途に対応できる汎用OSや、機器の制御といった特定用途のために用いられる組み込みOSについても学ぶ。

【キーワード】
OSの種類、スケジューリング、汎用OS、組み込みOS、リアルタイム処理
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
12 OSとソフトウエア開発 ソフトウエア開発を効率的に進めるために、OSや特定の機能を持つプログラムはある機能を持った部品と捉えられる形にしておき、組み合わせながらソフトウエア開発が行われている。パソコンや組み込み機器の開発を例に、OSの利用や選択、プログラムからOSの機能を用いる方法について学ぶ。また、開発環境や、プログラムの互換性、環境に依存しないプログラム、サービスの変化に対応するしくみについても学ぶ。

【キーワード】
OSの利用や選択、プログラム開発、ソフトウエア再利用、プログラムの動作環境
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
13 ユーザーインターフェース OSやハードウエアが提供するユーザーインターフェースについて学ぶ。コンピュータ利用形態の移り変わりや、本科目で学ぶインターフェースの分類、GUI の設計、キーボードやマウスといった入出力インターフェース、モバイル端末のインターフェース、ウエアラブルコンピューティング、IoTによるコンピュータの利用について概観する。

【キーワード】
コンピュータ利用の遷移、ユーザーインターフェース、GUI
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
14 OSとセキュリティー コンピュータのOSは、複数のユーザーがそれぞれ専用の環境とともに利用できるようにするマルチユーザー機能を持つことが多い。OSが管理するファイルなどの資源を保護するアクセス制御について学ぶ。また、コンピュータを安心して利用するためのセキュリティーについて考えるとともに、暗号化について学ぶ。

【キーワード】
マルチユーザー、アクセス制御、セキュリティー、暗号化
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
15 コンピュータの利用形態とOS 本科目のまとめとして、ネットワークを利用したコンピュータの利用形態について概観する。近年のコンピュータの利用形態を支えるシステム開発をとりまく環境について学んだ後、ユビキタスコンピューティング、クラウドコンピューティングについて見る。その後、近年のコンピュータ利用で基盤技術となっている仮想化技術について学ぶ。最後に、これまでのコンピュータの利用形態を踏まえ、近年注目されるようになったモノのインターネット(IoT)の概要について学ぶ。

【キーワード】
システム開発、ユビキタスコンピューティング、クラウドコンピューティング、仮想化技術、モノのインターネット(IoT)
葉田 善章
(放送大学准教授)
葉田 善章
(放送大学准教授)
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