2003年度前期 IT教育基礎論特論B

教育を情報伝達の1つとして捉えた場合、教育を行うためには、情報を伝えようとする者(情報源Aとする)が伝達しようとする「知識」を言葉、文字、動作などの何らかの方法で表現し、これを伝達する。情報を得ようとする者(受信者Bとする)がこれを受け取ると、これを解釈し、「知識 '(ダッシュ)」として得る。この教育を行うための仕組みを図示すると、以下のよう表すことができる。

図1: 教育を行うための仕組み

このとき、Aのが伝えようとする「知識」は、 Aの持つ知識に基づく解釈により表現、伝達され、また、Bの受け取った表現は、Bの持つ知識に基づく解釈により「知識 '」として理解されるため、必ずしも「知識」=「知識 '」とはならないことに注意。

この教育を行うための仕組みは、伝達される言葉や文字、動作を符号とし、 Aによる解釈を符号化、Bによる解釈を復号化として捉えると、図2に示す、一般に通信工学で用いられる情報伝送系のモデルと対応付けて考えることができる。

図2: 情報伝送系のモデル

情報ネットワークシステムのモデル

情報伝送系の場合、実時間で相手に情報を伝えることを想定しており、実際の教育とは必ずしも一致しない。実際の教育では、AもしくはBにおける符号の記録による時間的遅延がある場合があり、また、「知識」と「知識 '」を一致させるためには、双方向のコミュニケーションが必要となる。

この場合、A、Bはそれぞれ情報源、受信者の両方となり、また符号化と復号化の両方の機能を実現する情報処理、および符号の記録が必要となる。これは、図3に示す、コンピュータとネットワークからなる、情報ネットワークシステムのモデルと対応付けることができる。

図3: 情報ネットワークシステムのモデル

本特論では、この観点からコンピュータやネットワーク等の学習を行う。

□ コンピュータアーキテクチャ

コンピュータネットワークの構成要素であるコンピュータシステムの仕組み (コンピュータアーキテクチャ)を理解するためには、これをハードウェアとソフトウェアの両側面から捉える必要がある。以下に、ハードウェア、ソフトウェアそれぞれの側面から見た、コンピュータアーキテクチャを示す。

ハードウェア

コンピュータのハードウェアとは、コンピュータを構成する機械そのもののことである。ハードウェアは、主に、以下のものからなる。

中央演算処理装置: 一般にCPU(Central Processing Unit)と呼ばれ、プログラムを実行し、各種演算やコンピュータシステム全体の制御を行う
主記憶装置: 一般に(メイン)メモリと呼ばれ、主にDRAM等の揮発性メモリが使用される。 CPUで実行するプログラムや処理を行うためのデータを格納する。
補助記憶装置: コンピュータシステムに電源が入っていない場合や、メインメモリに入りきらない大量のプログラムやデータを格納するための装置。ハードディスク、フロッピーディスク、CD、DVD、DATなどが利用される。
入出力装置: 人やその他コンピュータの外界とのデータの入出力を行うための各種装置。モニタやキーボード、マウス、スキャナ、プリンタなどがこれにあたる。
ネットワークインタフェース: コンピュータ同士を接続し、データの送受信を行うための入出力装置。現在は、主にイーサネットのためのネットワークインタフェースが利用されている。

これらのハードウェアの構成要素は、図4に示すように、システムバスを介してCPU、メインメモリ、 I/Oコントローラが接続され、また、その他の補助記憶装置や各種入出力装置、ネットワークインタフェース等は、I/Oコントローラに接続される。

図4: ハードウェアの一般的な構成

ただし、近年のハードウェアは、高速性などのために、コンピュータの種類によって構成要素間の接続方法を工夫しており、必ずしも図4のようになるとは限らない。例えば、パーソナルコンピュータでは接続される入出力装置が多く、 I/Oコントローラとメインメモリの両方をシステムバスによりCPUに接続すると、システムバス上を流れるデータ量が多くなってしまうため、図5に示すように、この部分を分離するノースブリッジと呼ばれる専用のコントローラを用意することが多く、また、各種入出力装置の中でも、モニタに画面を出力するための装置であるビデオカードは高速性を問われるため、専用のバスにより接続されることが多い。

図5: PCのハードウェア構成

さらに、現在では、ギガビットイーサ等の高速ネットワークに対応するために、 Pentium4用のチップセットとしてノースブリッジにネットワークインタフェースを接続するIntel i875や、高速なメモリアクセスを実現するために、メインメモリをノースブリッジを介さずに直接接続するCPUである AMD Opteronなどもある。

ソフトウェア

コンピュータシステムをソフトウェアの側面から見た場合、一般に、その構成要素は以下のようになる。

アプリケーションプログラム: 一般の利用者が利用する、ワープロ、表計算、ドローツールなどの各種ツールやゲームなどのソフトウェア。
ミドルウェア: アプリケーションプログラムの効率的な実行環境や開発環境となるソフトウェア。広義の意味でのOSに含まれる。主なミドルウェアには、以下のようなものがある。
オペレーティングシステム(OS): 狭義の意味でのOS。基本ソフトウェアとも呼ばれ、コンピュータを操作するための最も基本となる共通の機能を提供する。

これらソフトウェアとハードウェアの関係を図示すると、図6のように示すことができる。

図6: ソフトウェアとハードウェアの関係

■ レポート課題

今週の課題はありません。

■ 参考書籍、Web

橋本洋志, 冨永和人, 松永俊雄, 小澤智, 木村幸男: 「図解コンピュータ概論」, オーム社, ISBN4-274-13108-4, 2,500円

Last modified: Sun Jun 01 21:57:02 JST 2003