デジモノの仕組み 入出力装置 [デジモノの仕組み]
どうも。
未だにこの前全部消えた件を引きずってるritです。
本当に信じられません・・・。
この前言っていたように、今回からはGoogleドライブで書いてコピペしようかと思います。
見え方が変なふうにならないように気をつけますが、変だったらごめんなさい。
もう長らくデジモノの仕組みを書いてませんでしたね。
ハードウェアとファームウェア、そしてソフトウェアについては分かっていただけましたでしょうか？
わからない点、ぼくの説明が矛盾している点などがあったらどしどしコメントをよろしくお願いします。
今回はいよいよ、コンピュータの3つの要素の3つめである「入出力装置」についてです。
では早速いきましょう。
まず、入出力とはどのようなことを指すのでしょうか？
入力と出力をまとめた言葉だということは分かってもらえると思います。
入力（Input、インプット）とは、外の世界の情報をコンピュータに伝えることです。
入力装置には、
・マウスやタッチパネル、キーボード（人間の手や指の動き、人間が打った文字をコンピュータに伝える）
・マイク（外の世界の音をコンピュータに伝える）
・カメラ（外の世界の景色をコンピュータに伝える）
・スキャナ（紙にどんなことが書かれているかを読み取ってコンピュータに伝える）
などがあります。
一方出力（Output、アウトプット）とは、コンピュータの中の情報を外の世界に伝えることです。
出力装置には、
・画面、プロジェクター（コンピュータの中のいろんな情報を表示する）
・スピーカー（コンピュータの中の音情報を外の世界に伝える）
・プリンター（コンピュータの中の情報を紙にして外の世界に伝える）
・LEDなどのランプ、バイブレーターなど（コンピュータの状態を外の世界に伝える）
などがあります。
そして、両方をまとめたものとして入出力（Input/Output、I/Oとも）という言葉があるのです。
タッチパネルは、入力装置と出力装置の両方の機能を持っているということになります。おもしろいと思いませんか？
実際のタッチパネルでは、出力装置である画面の上に、指がどこを触っているのか知るためのタッチセンサーの層が重なっていて、それぞれからケーブルが出ています。
これらの装置は具体的に何をしているのでしょうか？
ケーブルでパソコンとつながったキーボードを例に考えてみましょう。
キーボードが人間によって打たれると、何の文字が押されたのかがコンピュータに伝えられます。
このとき、ケーブルの中を通っているのは文字ではなく、電気信号だということがわかりますか？
ぼくが小さいころ、デジカメとパソコンをつないで写真を移動しているところを見て、「あのコードの中にはほそーく巻かれた写真が通っているんだ！」と思っていたことがあります（実話）。
でも、実際はそんなわけないですよね。
コードの中を通っているのは、電気信号です。
キーボードで文字を打つと、電気信号になってコードに送られる。
このことから、キーボードは文字という情報を電気信号に変換してコンピュータに送っているといえます。
これは、入力装置にすべて当てはまります。
同様に、出力装置では電気信号を人間の理解できる形に変換して外の世界に出していると表現することができます。
コンピュータに目や耳がついていて外の世界をそのまま理解してくれれば話が早いのですが、残念ながらコンピュータは電気信号しか理解できません。
最近ではコンピュータ本体とマイクやカメラが一緒の機械に入っていることが多く、まるでコンピュータに目や耳がついていて外の世界を見たり聞いたりできるように見えますが、中ではやっぱり電気信号と光や音との変換をしているのです。
逆に、人間が電気信号を理解できればこれまた話が早いのですが、そういうわけにもいきません。
だから、キーボードや画面などといった装置が必要になってくるのです。
入出力装置と他の装置（主に演算装置）の間はケーブルでつながっています。
ケーブルには、2つの装置を直接結ぶタイプと、1本の伝送路をたくさんの装置が共用で使うタイプがあります。
後者は、こんな感じです。
白い長方形は装置を表しています。
黒い丸はケーブルの端を表していて、その間を結ぶ線が伝送路です。
こういうタイプのケーブルは、主にコンピュータの内部にあります。
このタイプのケーブルのことを「バス」といいます。
普通にパソコンと他の機械をつなぐとき、こんなふうにはつながないですよね。
しかし、実はパソコンの中ではこんなふうになっていた・・・というのはよくあります。
ご存知の通り、バスという名前はいろんな意味を持っており（車のバスとか合唱の男性パートとか）、単にバスというだけではどのバスかわかりにくいので、区別するために「データバス」と呼ばれることもあります。
バスには、シリアルタイプとパラレルタイプがあります。
シリアルバスは、1本の伝送路に順番にデータを送っていく、普通のケーブルです。
パラレルバスは、複数本の伝送路にデータを分けて送っていくタイプです。
たとえば、こんな形の端子を見たことありませんか？
これとか
これとか。
これらはどちらも「USB」という種類のもので、ほとんどのパソコンやスマホについています。
まあiPhoneやiPadにはついてませんが。
USBはUniversal Serial Bus、ユニバーサル・シリアル・バスの略です。
バスはこんな身近なところにもあったりします。
12/13 追記
シリアルとパラレルについてもう少し具体的な説明をというコメントがきたので追記します。
ここについては、実はぼくもあまり詳しかったわけではないので、調べてみました。
たとえば、文字を転送したいとしましょう。
詳しくはまたこんどやりますが、日本語の1文字を表すには16ビット、つまり2バイトのデータが必要になります。
「こんにちは」という文字列は、2バイトのデータのかたまりが5つある、という解釈をすることができます。
そのとき、データを転送する線が1本しかない場合と、線が16本ある場合を考えてみましょう。
線が16本あれば、それぞれに1ビットずつ割り当てることで、一瞬でデータが転送できます。
しかし、線が1本しかなかったら、1番目のデータから順番に送らなければなりません。
つまり、シリアルで16ビットのデータを転送する場合、信号が伝わる速度が同じなら、パラレルの16倍時間がかかるということです。
しかも、16個のビットを1個ずつ転送する場合、転送する前に「あなたは1番目！そこのあなたは○番目！」というふうにあらかじめ番号を決めておかないといけないのです。
この作業は、パラレルのものをシリアルに変換する、と呼ばれます。
ではシリアルは何がいいのか？
それはコストです。
パラレルの場合は、単純に線が多いのでたくさんのケーブルがいるし、中の構造も複雑にしないといけません。
しかし、シリアルでは線はたった1本しか使いません。
パラレルからシリアルに変換するのにも部品が必要になるので、確かにその分はお金がかかってしまいますが、最近は変換用の部品も安くなっているし、導線をたくさん設置するよりはその方が安上がりなのです。
確かにパラレルは速いので、パソコンの中の部品同士をつないだり、部品の中でのデータのやりとりなんかには高くても速いパラレルが使われることが結構あります。
しかし、パラレルは長い距離を伝えるのには向いていません。
ケーブルが太く重くなってしまいますし、挿す部分も大きくしないといけないからです。
そこで、別の機械同士をつなぐためのケーブルにはシリアルを使う、ということです。
ちなみに、以前演算装置のところでお話しした「クロック」という概念は、ここのデータ転送の話でも非常に重要です。
別の機械同士をつなぐときにも、クロックを刻んで双方のタイミングをあわせることが大切なのです。
そしてこれまた演算装置のときと同様に、クロックが速ければ速いほどデータ転送の速度も速くなります。
一方、クロックを上げるということは、機械に忙しくさせるということでもあります。
忙しいとミスが増えてしまうのは、人間も機械も同じです。
なので、クロック数が多いデータ転送には、より高性能でデータを確実に伝えられる部品が必要になります。
当然、そういう高性能な部品は値段が高いです。
では、同じ値段だったら、シリアルとパラレルどっちの方が速い転送をさせられるのでしょうか？
シリアルでは線が1本しかないので、一気にたくさん転送はさせられませんが、1本しかないので贅沢にいい部品を使えます。
一方パラレルでは、線がたくさんあるので一気にたくさん転送できますが、16本線があるとしたら1本にかけられるお金はシリアルの1/16くらいしかありませんよね。
ここが、最近シリアルバスを使うことが増えてきている理由です。
お金をどれだけかけても大丈夫な超ハイスペックパソコンとかには、ふんだんにいい部品を使ってパラレルを作ればいいのですが、みんながそういうのを買うわけではないからです。
今回はこれくらいで。
うまく表現できない・・・！
次は、ソフトウェア的な面から入出力を考えてみたいと思います。
それから、サイドバーにある「はじめての方へ」が、今までずっとフォントが反映されてなくて超浮いてたんですけど、いろいろやってたらフォント変わりました！
あー達成感。
それでは。
タグ：シリーズもの
2014-12-06 18:04
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コメント(28)
トラックバック(1)
シリアルバスとパラレルバスはどういうメリット(っていうのかな)があるのですか？また、どういったところで使われているのでしょうか？
by インダス川水溶液の陰イオン (2014-12-07 02:38)
そういえば「デジモノ」って何ですか？
by アルカリ性インダス川の陽イオン (2014-12-09 18:25)
シリアルとパラレルについては本文に追記しましたのでよければご覧ください。
ぼくは「デジモノ」を、電子機器やデジタル家電全般を指す言葉として使ってます。
「ガジェット」ではモバイル機器に限定されてしまいそうな感じがしたので、こういうシリーズ名にしました。
デジモノステーションっていうサイトもあるくらいですし、雰囲気で分かってもらえるかなと思います。
by skyace (2014-12-13 10:55)
パラレルとシリアルの件について、追記までして頂きありがとうございますm(_ _)m
「デジモノ」とはそういう意味(ニュアンス？)でしたか、ありがとうございます
by 塩基性インダス川 (2014-12-13 22:17)
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