タブレットの研究

  • TABLET-RES

タブレットの語源

1.タブレットとは

  板、机、テーブルを意味する「table」+縮小辞「let」
  table+let=tablet

  持ち運びできる石板、木板
  ・古代の記録メディアとしての粘土板、石板、碑文のための平板
  ・モーセの十戒が刻まれた石板「The Tablet」
  ・便せんの下敷き
  ・タブレットコンピューター

2.タブレットコンピューター

  タブレット+コンピューター=持ち運びできる板状のコンピューター

コンピューターの語源

1.コンピューターとは
  計算を開始させた後は計算そのものに人間の操作を一切必要とせず、計算を完成させる装置。

  計算する「compute」+行為をする人を表す接尾辞「er」
  compute+er=computer
  本来は計算する人を示していたが、その後計算する人が機械に代わり、機械がコンピューターと呼ばれるようになった。

歴史から見たコンピューター

1.自ら計る
  人間は計る能力を備えている。
  ・目で大きさや距離を計る。
  ・手で重さを計る。
  ・皮膚で暑さ、寒さを計る、など。

2.もので計る
  数ではなく「もの」そのもので計る。
  ・太陽→時間(日時計)
  ・水→時間(水時計)
  ・砂→時間(砂時計)
  ・北極星→方角
  ・地磁気→方角(羅針盤)

  • 日時計
    日時計
  • 水時計
    水時計
  • 羅針盤
    羅針盤

3.数の発見
  事物から「数」の概念が分離。
  約7万年前 砂岩洞窟の幾何学的模様の線刻画(南アフリカ)

4.数を数える
  太古の昔     指で数える。
  約2万年前     骨に刻んで数える。「イシャンゴの骨」(コンゴ)
  数千年前     小石で数える(メソポタミア)
  紀元前2400年頃  溝に石の並べて数える。「アバカス」(バビロニア)
  紀元前1100年頃  算木と算盤(中国)

5.機械式計算機
  歯車などの機械的要素の組み合わせにより自動的に演算を行う計算機。

  ①アナログ(連続量)計算機
  紀元前100年   アンティキティラ島の機械(古代ギリシア)
           アナログ天文計算機または太陽系儀。
           天体運行(太陽や月など)を計算する。

  723年      張衡と一行の機械水時計(中国/唐)
           世界初の機械式時計。水力を動力源とする。

  1100年代     アル・ジャザリーの城時計(トルコ)
           世界初のプログラミング可能なアナログコンピューター。
           水時計。からくり人形が音楽を奏でる。

  • アンティキティラ島の機械
    アンティキティラ島の機械
  • ジャザリーの城時計
    アル・ジャザリーの城時計
  • 機械式時計
    機械式時計

  ②数(離散量)の計算機——加減乗除
  1623年      Calculating clock(ヴィルヘルム・シッカート、ドイツ)
           世界初の機械式計算機。
  1642年      Pascaline(ブレーズ・パスカル、フランス)
           現存する最古の機械式計算機。加減算。自動桁送り。
  1673年      Stepped reckoner(ゴットフリート・ライプニッツ、ドイツ)
           機械式計算機の原型。段付歯車の発明。加減乗除が可能。
  1822年、1837年 階差機関と解析機関(チャールズ・バベッジ、イギリス)
           世界初のプログラム可能な計算機。
           バベッジはコンピューターの父とも呼ばれる。
  1874年      オドネル計算機(ヴィルゴット・オドネル、スウェーデン)
           機械式計算機がほぼ完成形に。
           設計を公開したため世界中で作られた。
  1890年      タビュレーティングマシンの発明(ハーマン・ホレリス、アメリカ)
           パンチカードシステム。米国国勢調査のデータ処理に使用。
           ホレリスが設立したタビュレーティング・マシン社はIBM社の前身。

  • パスカルの計算機
    パスカルの計算機
  • ライプニッツの計算機
    ライプニッツの計算機
  • バベッジの階差機関
    バベッジの階差機関
  • バベッジの階差機関
    バベッジの解析機関
  • オドネル型計算機
    オドネル型計算機(弊社所蔵)
  • タビュレーティングマシン
    タビュレーティングマシン

6.電気式計算機
  電気回路によって演算を行う計算機。

  1939年      アタナソフ&ベリー・コンピュータ(ABC、アメリカ)
           世界初の真空管による電子式、論理回路。演算部とメモリ部の分離。
  1946年      世界初の電子式汎用コンピューター「ENIAC」(ペンシルベニア大、アメリカ)
  1953年      世界初のトランジスタ式コンピューター(マンチェスター大学、イギリス)
  1964年      世界初の商用OS「OS/360」を搭載したIBM System/360(IBM、アメリカ)
  1966年      初めて集積回路(IC)を採用した「アポロ誘導コンピューター」(レイセオン、アメリカ)
  1969年      マルチタスク・マルチユーザーのオペレーティングシステム(OS)「UNIX」(ベル研究所、アメリカ)
  1971年      世界初のマイクロプロセッサ「Intel i4004」を搭載した電卓「ビジコン 141-PF」(ビジコン、日本)
  1977年      世界初の普及型パーソナルコンピューター「Apple II」(Apple、アメリカ)
  1984年      GUIとマウスを備えた「Macintosh」発売(Apple、アメリカ)
  1985年      Microsoft Windows 1.0を搭載したパソコンが登場(アメリカ)
  1989年      世界初のノートパソコン「DynaBook J-3100SS」(東芝、日本)
  1991年      Linuxがパソコン上で稼働(リーナス・トーバルズ、フィンランド)
  1995年      Microsoft Windows 95を搭載したパソコンが発売(アメリカ)
           パソコンとインターネットが普及。

  • アタナソフ&ベリー・コンピュータ
    アタナソフ&ベリー・コンピュータ
  • ENIAC
    ENIAC
  • 世界初のトランジスタ式コンピュータ
    世界初のトランジスタ式コンピュータ
  • SYSTEM/360
    IBM SYSTEM/360
  • アポロ誘導コンピューター
    アポロ誘導コンピューター
  • ビジコン 141-PF
    ビジコン 141-PF
  • Apple II
    Apple II
  • Macintosh
    Macintosh
  • Dynabook
    DynaBook J-3100SS

7.モバイルコンピューター

  1989年      世界初のタブレットコンピューター「GRiDPad」発売(Grid Systems、アメリカ)
  1993年      携帯型情報端末(PDA)の先駆け「Apple Newton」発売(Apple、アメリカ)
  1994年      世界初のスマートフォン「Simon Personal Communicator」発売(IBM、アメリカ)
  1996年      市場で成功したPDA「Palm Pilot」の登場(Palm Computing、アメリカ)
  1999年      電子メール機能を備えた「BlackBerry 850」発売(RIM、カナダ)
  2007年      iPhone発売(Apple、アメリカ)
  2008年      世界初のAndroid搭載機(スマートフォン)「HTC Dream」発売(HTC、台湾)
  2010年      iPad発売(Apple、アメリカ)

  • GRiDPad
    GRiDPad
  • Apple Newton
    Apple Newton
  • Simon Personal Communicator
    Simon Personal Communicator
  • palm PilotとPalm V
    Palm Pilot(左)とPalm V(右、弊社所蔵)
  • BlackBerry 850
    BlackBerry 850
  • iPhone
    iPhone
  • HTC Dream
    HTC Dream
  • iPad
    iPad

コンピューターの原理

1.コンピューターの基本構成

1)「ハードウェア」と「ソフトウェア」に分類できる。
2)「入力」「計算」「出力」から成る。
3) コンピューターの六大装置
  ①演算装置…論理演算や四則演算などの演算をおこなう装置。
  ②制御装置…他の装置を制御するための装置。
  ③記憶装置…プログラムやデータを記憶する装置。
  ④バス…データをやり取りするための経路。
  ⑤入力装置…データを入力する装置。
  ⑥出力装置…データを出力する装置。

6machines

2.記録の原理

1)記録とは…情報を変換して保存すること。

 もので記録する…連続量(石碑、筆記、写真、レコードなど)
 数で記録する…離散量(穴の有無、0,1など)

2)主記憶装置(RAM:Random Access Memory)…格納されたデータに任意の順序でアクセスできるメモリ。現在はDRAMが主流。

<DRAMの基本原理>

①一つのトランジスタと一つのコンデンサで1ビットを記録する。
②コンデンサに電気が蓄積されている場合は1、蓄積されていない場合は0。

DRAM

3)補助記憶装置…主記憶装置を補助する記憶装置。

・フラッシュメモリ…トランジスタに組み込んだ浮遊ゲートに電子を蓄積するか否かで記録する。
・ハードディスク…金属円盤の磁気記録層にS極またはN極で磁化していくことにより記憶する。
・光ディスク…ピット(穴)の有無によって記録する。
・磁気テープ…テープの磁気記録層にS極またはN極で磁化していくことにより記憶する。

  • フラッシュメモリ
    フラッシュメモリ
  • ハードディスク
    ハードディスク
  • 光ディスク
    光ディスク
  • 磁気テープ
    磁気テープ

3.演算の原理

1)演算の方法
 ①すべての演算を加算にする。
 ②2進数(0,1)で計算する。

2)加算の原理
 ①存在の有/無(1/0)を判断する。
 ②1+1=10(2)である。

3)演算の過程
 ①情報を数字に変換する。
 ②数字の計算を四則演算に変換する。
 ③四則演算を加算に変換する。
 ④加算を論理演算に変換する。
 ⑤論理演算を有/無に変換する。

2)基本的な論理回路

・AND(論理積)回路
・OR(論理和)回路
・NOT(論理否定)回路

logical_operation

 

3)半加算器…1ビットと1ビットの加算を行う。2進数の加算の基本となる回路。

half-adder

 

4)任意の桁数の計算
桁上がりを考慮した全加算器(2つの半加算器と1つのOR回路から成る)を足していくことで、任意の桁数の計算ができるようになる。

full_adder

ソフトウェア

1.ソフトウェア(Software)とは
  コンピューターを動作させる手順や命令を記述したデータのまとまり。

2.ソフトウェアの種類
  ①オペレーティング・システム(Operating System、基本ソフトウェア)
   コンピューターを効率よく運用するためのプログラムの集合。
   主にプログラムの実行とコンピューターシステムの資源(リソース)の管理を行う。
   主なOS:Microsoft Windows、macOS(OS X)、Linux、Android、iOSなど

  ②アプリケーションソフトウェア(Application Software、応用ソフトウェア)
   特定の作業を目的として作られたソフトウェア。
   一般的にOS上で動作する。
   主なアプリ:Word(ワープロ)、Excel(表計算)、Chrome/Internet Explore(ブラウザ)、Outlook(電子メール)、PhotoShop(画像処理)など

  • software
    ソフトウェアの階層図

3.アルゴリズム(algorithm)とは
  問題を解く方法を定式化したもので、算法とも呼ぶ。

  ①語源
   9世紀のイランの数学者アル・フワーリズミーの著書「インドの数の計算法」が後に「algoritmi(アルゴリトミ)」と呼ばれたことに由来する。

  ②歴史
   まず問題を解く方法があった。
   記録に残る最古のアルゴリズムは、エウクレイデスの原論である。

  ③本質
   定式化すること。
   公理と定理を使うこと。

4.チューリングマシン(Turing Machine)
  ①概念
  イギリスの数学者アラン・チューリングが、計算概念を定式化したもの。
  計算者が紙とペンで計算を行う過程をモデル化。人の代わりに機械に計算をさせる。

  人の計算 :人+紙+ペン
          ↓
  機械の計算:機械+紙(テープ)+ペン(ヘッド)

  ②構成
  1)マス目に区切られた無限長のテープ:記憶(紙)
  2)ヘッド:スキャン(目)とプリント(ペン)
  3)制御部:状態遷移機械(有限オートマトン)

TM_ss

  ③計算
  人も機械も計算の基礎は有の並びである。
  四則計算の基礎も並びで表現できる。

  ④プログラム
  並べ替えの方法がチューリングマシンの機能表である。
  機能表=プログラム=アルゴリズムである。
  <プログラムの基本動作>
  1)取る
  2)動く
  3)置く
  4)探す

  ⑤表現
  7項目で表現
  M =(Q, Σ, Γ, δ, q0, qaccept, qreject
  Q:状態の集合
  Σ:入力記号の集合
  Γ:出力記号の集合
  δ:状態遷移関数
  q:初期状態
  qaccept:受理状態
  qreject:拒否状態

  ⑥計算の終了
  チューリングマシンが停止すること=計算可能であること。

5.プログラム(Program)とは
  ①語源
   pro(前に)+gram(書き物)
   ギリシア語「programma」:公布、公告
   前もって記述したもの=設計図である。
  ②コンピューターにおける定義
   機械に対する命令を記述したもの=命令書
  ③世界初のコンピュータープログラム
   19世紀イギリスの伯爵夫人エイダ・ラブレスがチャールズ・バベッジの解析機関に向けて作った
   ベルヌーイ数を求めるプログラムコードである。
   (エイダは18世紀の詩人ジョージ・ゴードン・バイロンの娘である)

  • Ada_Lovelace
    エイダ・ラブレスのコード(クリックで拡大)

 

6.コンピューター言語
  ①言語
   音声や文字を用いて思想、感情、意思等を伝達するための記号体系。
   主に自然言語と形式言語がある。
  ②記号
   存在するものを意識を通じて記録し、再現すること。

  • Sign2

  ③コンピューター言語の本質
   01を使って有無を判断する言語である。
  ④コンピューター言語の分類
   1)プログラミング言語
   2)ハードウェア記述言語
   3)データ記述言語
   一般にプログラミング言語を示すことが多い。
  ⑤プログラミング言語の種類
   ・01言語
   ・アセンブリ言語
   ・BASIC
   ・FORTRAN
   ・C言語
   ・Javaなど
   目的に合った言語が生まれた。

7.OS(Operating System)
  ①概念
   コンピューターの操作・運用で中核的なシステムソフトウェア。
  ②OSの形成過程
   OSはコンピューターの進化により形成された。
   その本質は自ら計算することにある。
   1)初期は計算を補助する器具だった。(そろばん)
   2)計算する――(1)ハードとプログラムが一体。(パルカルやライプニッツの機械計算機)
           (2)ハードからプログラムが分離。(チャールズ・バベッジの解析機関)
              ソフトウェアの概念が生まれた。
           (3)プログラムからOSとアプリが分離。
  ③OSのコア=「カーネル」
   カーネルはプログラムである。
   カーネルの機能
   1)プロセス管理
   2)メモリ管理
   3)デバイス管理
   4)システムコール
  ④OSの構造

OS8

  ⑤歴史
   1956年:ゼネラルモーターズの研究部門がIBM704向けに「GM-NAA I/O」を開発。
   1964年:IBMが世界初の商用OS「OS/360」を開発。
   1969年:AT&T ベル研究所のケン・トンプソン、デニス・リッチーらがマルチタスク・マルチユーザーを備えた「UNIX」を開発。
   1984年:AppleがMacintosh用にGUIを備えた「System(後のMac OS)」を開発。
   1985年:MicrosoftがWindows1.0発表。
   1991年:リーナス・トーバルズがLinux OSを開発。
   1995年:MicrosoftがWindows95を発売。
   2007年:AppleがiPhone用OS「iOS」を開発。
   2008年:GoogleがAndroid OSを開発。

8.アプリケーション(Application)
  ①定義
   目的に応じたコンピュータープログラム。
  ②歴史と現状
   ハードからプログラムが分離
    ↓
   プログラムがOSとアプリに分離
    ↓
   アプリの誕生
  ③アプリの歴史
   <コンピューター時代>
    表計算
   <第一段階(PC)>
    表計算、ワードプロセッサ、データベース、DTP、メディアプレーヤー、Webブラウザなど
   <第二段階(インターネット)>
    Yahoo、Google、Wikipedia、Amazon、YouTube、楽天、価格.com、TED、2ちゃんねる、Alibaba、Facebookなど
   <第三段階(モバイルネット)>
    WeChat、Line、Instagram、Uber、Apple Payなど
   <第四段階>
    ビックデータ、AI
  ④本質
   人のためのコンピューター

9.Android OS
  ①概念
   概念:AndroidはOSである。
      このOSは、Linuxカーネルをベースにしてモバイル端末向けに開発したプラットフォームである。
   語源:Andro(ギリシア語「男性」)+oid(接尾辞「〜のようなもの」)
      開発者のアンディ・ルービンが「人に近い存在になるように」という意味を込めて名付けた。

  ②歴史
   1969年:AT&T ベル研究所のケン・トンプソン、デニス・リッチーらが「UNIX」を開発。
   1983年:リチャード・ストールマンが再配布自由・改変自由なUNIXクローンのOSの開発を目指したGNUプロジェクトを開始。
   1987年:アムステルダム自由大学のアンドリュー・タネンバウムが教育用UNIX系OS「Minix」を開発。
   1991年:リーナス・トーバルズがLinuxカーネルを無償公開。
   2003年:アンディ・ルービンがAndroid社を設立。「誰でも使えるスマートフォン用OSを開発し、メーカーに無償提供する」。
   2005年:GoogleがAndroid社を買収。
   2007年:Googleが中心となって設立したOpen Handset Alliance(OHA)が携帯向けソフトウェア「Android」を発表。
   2008年:Android 1.0リリース。2017年時点、Android 8.1。

  ③Androidのバージョン

 2008年9月  Android 1.0
 2009年4月  Android 1.5 (Cupcake)
 2009年9月  Android 1.6 (Donut)
 2009年10月  Android 2.0 (Eclair)
 2010年5月  Android 2.2 (Froyo)
 2010年12月  Android 2.3 (Gingerbread)
 2011年2月  Android 3.0 (Honeycomb)
 2011年10月  Android 4.0 (Ice Cream Sandwich)
 2012年6月  Android 4.1 (Jelly Bean)
 2013年10月  Android 4.4 (KitKat)
 2014年6月  Android 5.0 (Lollipop)
 2015年10月  Android 6.0 (Marshmallow)
 2016年8月  Android 7.0 (Nougat)
 2017年8月  Android 8.0 (Oreo)

  ④構造
   Linuxカーネル+モバイル端末向けのミドルウェア(ライブラリ+アプリケーションフレームワーク)

  • android_platform

    Androidの構造(クリックで拡大)
    出典:Android Developers

  ⑤プラットフォーム(platform)
   周辺よりも高くなった水平で平らな場所。中期フランス語の「plate-forme」が由来。
   例:駅のプラットフォーム、空港のプラットフォーム、教壇。

   OSは命令書を電子化したプラットフォームである。

2017年12月22日

Wi-Fi

1.Wi−Fiとは
  概念:無線LANの規格の一つ。国際標準規格IEEE802.11を使用した機器間の相互接続が認められたことを示す。
  語源:Wireless Fidelity(無線高忠実度)
     ※元々はHi-Fi由来の名前だが、意味を後付けした。

2.無線LAN
  ①無線で送受信を行うLANシステム
  ②無線LANの規格でIEEE 802.11がある。
  ③LANとはLocal Area Networkである。
  ④LANはISPを通じてインターネットに接続する。
Wireless_LAN_fig

3.構成

wifi_kousei

4.原理
  変調
  ①搬送波を媒体にする。
  ②データを波にして搬送波に合成する。
   1)振幅を変える。
   2)周波数を変える。
   3)位相を変える――デジタル変調で標準的。
  ③Wi-Fiで使う搬送波はマイクロ波であり電磁波の種類の一つである。
   Wi-Fiでは2.4GHz帯と5GHz帯を主に使う。

  データ伝送速度
  単位:bps(bit per second=1秒間に伝送したデータ量)

IEEE802.11X

2017年12月8日

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