コンピュータ・アーキテクチュア(第1講)

(1)2017.9.25
               
藤木 文彦
 授業の形態と、成績の評価法


■ 授業形態
 授業は、講義と演習、レポート作成時間などを取り混ぜて行います。
 演習結果は、紙による提出の場合と、メールによる提出の場合がありますので、毎回の指示を聞いてください。
 出席はカードによるほか、提出レポートにより確認することがあります。


■ 成績評価
 成績は、紙およびメールによるレポート提出と、試験、及び最終レポートによって、評価します。
 レポートは、遅れても、減点はしますが、受け付けますので、必ず、毎回提出してください。配点は、毎回の出席とレポートが50点、試験と最終レポートが50点とします。
 レポートにおいては、ネットからの引用など、ある程度、類似、共通点があることは、認めますが、他人の丸写しと疑われる場合は再提出を求める場合などがあります。


 この講義で行うこと


 「アーキテクチュア(architecture)」とは、もとは、建築物の設計のことを示していましたが、転じてコンピュータの基本設計、設計思想のことを指すようになりました。
 この講義では、パーソナルコンピュータの基本構造・設計思想などについて解説を行い、より高速で使いやすいコンピュータを作るために、どのような研究開発がなされてきたか、この先のコンピュータはどのようになるかなどを考えることにします。



 授業を始める前に、簡単な調査(小テスト?)を行います。
 印刷した紙で配布しますので、まずそれに答えてください。時間は教室で指示します。
 解答は、何も参考にしないで行いなさい。

  調査内容はここにもあります。



 コンピュータの基本構造


 コンピュータにも、ノートパソコンからデスクトップPC、サーバ、スーパーコンピュータ等、様々なものがありますが、もっとも身近にあるデスクトップPCを中心に解説していきます。



 1年ほど前の CPU および マザーボードに関する解説ページ
AKIBA HOTLINE  より

CPUの選び方、マザーボードの選び方

[最新版、PC自作の基礎知識](3)

http://akiba-pc.watch.impress.co.jp/docs/dosv/20150406_696307.html



    PCの内部構造の例   
   (数年前の図面)





マザーボードの構造の例(これは、5年以上前のものですが、大まかな構造については現在も変わっていません。新しいものについては、以下にメーカーのページなどへのリンクを掲げて解説します。


( ディスプレイアダプタをつけるためのAGPスロットは現在ほとんど使われておらず、アダプタはマザーボードに標準で備えられている他、別途必要な場合は PCIExpress スロットに差し込む。また、IDEコネクタも、sATAボートに取って代わられている。)


コンピュータの中心となる「マザーボード」は、CPUの種類に適合したものを選ぶ必要がある。


   CPUの種類と外観   


CPUは接続端子(足)の数と、パッケージの形状によっていくつかのものがある。
詳細はリンク先などを参照。
現在使われている主なものは

LGA 1150 (1155,1156) である。
その前が、
LGA775 である。
以下の写真は、次のリンク先より
http://nattokude.gozaru.jp/studioxps8100/bodyditail2.html

左が、 Core i7 などの LGA1150 右が Core2Duo などの LGA755
Core i7 860(左)とCore 2 Duo E8500(右)を比較
Core i7 860(左)とCore 2 Duo E8500(右)を裏側から比較

 上記のCPUの原型となったのが、1978年に発表されたIntel社 8086プロセッサである。
写真を見てわかるとおり、通常のICのやや大型のものという感じでありピンの数も、40ピンであったが、ここで使われた命令体系は最新のCPUに受け継がれている。

http://news.softpedia.com/newsImage/Intel-Celebrates-the-40th-Anniversary-of-the-Microprocessor-3.jpg/



  マザーボードの構造   


 最新のCPUに対応したマザーボードをいくつか掲げる。

http://ja.wikipedia.org/wiki/LGA1155

ギガバイト社のホームページより(下のリンクをたどると、部分拡大画像が見られます)
http://www.gigabyte.jp/products/product-page.aspx?pid=4493#ov


http://ja.wikipedia.org/wiki/LGA1150

ASUS 社のホームページより
http://www.asus.com/jp/Motherboards/H87PRO/



 コンピュータには、いろいろな種類があり、製造している会社等により、構造が異なりますが、ここから、しばらくの間は、PCとして、最もシェアの大きい、Intel社の Pentium4 および i3,i5,i7 というCPUを使用した、パーソナルコンピュータの構造を基準に説明を行います。(現在のPCの2世代ほど前のものですが、基本構造の理解のためにこのCPUを初めに解説します。)

 コンピュータの中心となる装置が、「マザーボード」というボードで、その中でも、さらに中心的な役割を果たすのが「CPU」(Central Processing Unit 中央処理装置)です。
 このCPUと、周辺の様々な装置をつなぐためには、多数の配線を行い、それぞれの間で、間違いなく、効率的にデータを転送しなければなりません。


CPUを冷やすための ファン の実装と、その他の部品の取り付けに関する解説ページ
http://pc.nikkeibp.co.jp/article/knowhow/20090312/1013076/

PCの構造に関しての解説としてわかりやすいページがありました。(数年前のものです。)

http://www.pasonisan.com/customnavi/base_byte/zukai_index.html


 第1回は、ここまでの予定。(早く進めば、次に行く。)


 ■本日の課題 2017年9月25日



 本日は、以下の課題について、本ページまたは、インターネットで調べ、メールで報告して下さい。これが、出席点となります。

 宛先 fujiki.kougei@gmail.com
 タイトル arch1


 なお、メールの先頭に学生番号と氏名を記入すること。


 課題:1
 CPUとは、何をするものか、2〜3行で、簡単に説明しなさい。

 課題2:
 次のページを参照に、最近のCPUを選ぶ際に考慮すべき点を、数点掲げなさい。
(例)コアの数。2コアより、4コアの方が性能が高い。6コア、8コアもある。

CPUの選び方、マザーボードの選び方



 課題3:
 CPUを作っている会社には、 Intel 社の他に、どのような会社があるか、何社か掲げなさい。(現在主流ではないが、かつては製作していた会社も含めてよい。)