基礎情報処理 - 京都大学OCW
Transcript of 基礎情報処理 - 京都大学OCW
![Page 1: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/1.jpg)
基礎情報処理Information Processing Basics
第3回目 論理回路からコンピュータまで1
2004年10月21日(木)
高等教育研究開発推進センター小山田耕二
代講:酒井晃二
![Page 2: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/2.jpg)
Outline1. コンピュータとはなにか2. ディジタル情報の世界3.論理回路からコンピュータまで14.論理回路からコンピュータまで25. プログラム基礎16. プログラム基礎27. データ構造とアルゴリズム18. データ構造とアルゴリズム29. コンピュータネットワーク10.情報倫理11.さまざまな情報処理12.コンピュータ科学の諸問題
![Page 3: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/3.jpg)
3.論理回路からコンピュータまで
3.1 論理代数と論理回路3.1.1 論理代数3.1.2 論理代数と真理値表3.1.3 論理回路
3.2 組合せ回路設計3.2.1 論理回路の実現と簡単化3.2.2 加算基本回路
3.3 順序回路とハードウェア3.3.1 フリップフロップ3.3.2 順序回路3.3.3 コンピュータの状態モデル
テキスト 第5章
![Page 4: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/4.jpg)
3.1 論理代数と論理回路
3.1.1 論理代数
3.1.2 論理代数と真理値表
3.1.3 論理回路
![Page 5: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/5.jpg)
3.1.1 ブール代数Boolean algebra
デジタル回路の設計には必須の知識である。デジタル回路は、電圧の H(High), L(Low) のみで情報を演算するため、基本的に組み合わせ回路はブール代数における論理式で書き表わすことができる(ただし、フリップフロップ等を用いた順序回路は、単純に一つの論理式で表わすことはできない)。
ブール代数の基本演算(論理演算)は 論理否定 ¬(not)、論理和∨(or)、論理積∧(and) の3つから成る。これらの合成から作られる演算で代表的なものに排他的論理和 (xor) がある。ブール代数をブール束と呼ぶのは、∨, ∧について分配的な束となるからである。つまり次の条件が満たされる:
巾等律:x∧ x = x∨ x = x 、交換律:x∧ y = y∧ x, x∨ y = y∨ x 、結合律:(x∧ y)∧ z = x∧(y∧ z) 、 (x∨ y)∨ z = x∨(y∨ z) 、吸収律:(x∧ y)∨ x = x 、(x∨ y)∧ x = x 、分配律:(x∨ y)∧ z = (x∧ z)∨(y∧ z), (x∧ y)∨ z = (x∨ z)∧(y∨ z) 。
さらに、ブール代数では次が成り立つ:恒真 1 と恒偽(矛盾) 0 とをもち、各元 x に対して元 ¬xが存在して、x∧ ¬x = 0, x∨ ¬x = 1 をみたす。
数学的にはこれらの条件を公理として、それを満たす集合を一般に、ブール束あるいはブール代数と呼ぶ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%BC%E3%83%AB%E4%BB%A3%E6%95%B0
![Page 6: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/6.jpg)
3.1.1 ブール代数Boolean algebra
ブール代数/論理代数の対象
0か1の値をとる論理変数
0=偽(false)1=真(true)
論理演算
論理積(AND)論理和(OR)論理否定(NOT)
ーブール代数と論理演算ー
![Page 7: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/7.jpg)
3.1.2 論理代数と真理値表
ベン図(Venn diagram)
A A A B A B BA
A Aー A・B A+B A+Bー
ー集合論と論理演算ー
![Page 8: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/8.jpg)
3.1.2 論理代数と真理値表
A A A B A B BA
A Aー A・B A+B A+Bー
論理演算とベン図
A A01
ー A B A・B0 00 11 0
1 1
A B A+B0 00 11 0
1 1
A B B A+B0 00 11 0
1 1
ー ー
![Page 9: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/9.jpg)
3.1.2 論理代数と真理値表
A ・ BA+B =De Morgan’s law
A B
A+B
論理代数と集合論は同一の体系である
真理値表(truth table)
A ・ BA B0 00 11 0 1 1
A BA+B A+B0 00 11 0 1 1
A B ー
A B
Bー A・B
BA B
ーー
B
A
A
ー
BA B
A+B
0111
1 11 00 1 0 0
![Page 10: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/10.jpg)
3.1.3 論理回路Logical circuit
論理ゲート(logic gate)
MOS (metal oxide semiconductor) トランジスタ
V
AX
NOT
http://www.intel.co.jp/jp/personal/museum/transworks/?iid=jpsiteindex+personal_museum_transworks&(参考)トランジスタの仕組み
V
AX
NOT
![Page 11: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/11.jpg)
3.1.3 論理回路Logical circuit
NANDゲートとNORゲート
V
A B
X
B
V
AX
NAND NORNOT-AND NOT-OR
A B
A・B
BA B
A+B
A B A・B A・B0 00 11 0
1 1
A B A+B A+B0 00 11 0
1 1
![Page 12: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/12.jpg)
3.1.3 論理回路Logical circuit
CMOS (complementary MOS) トランジスタ
NOT NAND NOR
V
A X
pMOS nMOS
A
B
V
X
V
A
BX
※高速で省電力
![Page 13: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/13.jpg)
3.2 組合せ回路設計
3.2.1 論理回路の実現と簡単化
3.2.2 加算基本回路
Combinational circuit design
![Page 14: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/14.jpg)
3.2.1 論理回路の実現と簡単化
NOT AND OR
NAND(別)NAND NOR
論理ゲート記号
![Page 15: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/15.jpg)
3.2.1 論理回路の実現と簡単化
多数決決定の回路例
多数決決定の真理値表A
B
C
X
A B C X0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0 0 1 1 1 1 01 1 1
組合せ回路(combinational circuit)
入力値
(A, B, C)出力値
X
X = ABC + ABC + ABC + ABC =M(A,B,C)ー ー ー
![Page 16: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/16.jpg)
3.2.1 論理回路の実現と簡単化
簡単化された多数決決定回路
A
B
C
X
ANDとOR NAND
A
B
C
X
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
01
![Page 17: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/17.jpg)
3.2.2 加算基本回路
A B S C0 00 11 01 1
加算の真理値表(半加算器)
排他的論理和(exclusive OR)XOR
A
B
BA⊕
BA⊕AB
ゲート記号
S:和(sum)C:桁上がり(carry)
論理関数
S = AB + ABC = AB
ー ー
Sの実現
※下桁からの桁上がりを考慮していない(半加算)
![Page 18: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/18.jpg)
3.2.2 加算基本回路
全加算器回路Full adder
加算の真理値表(全加算器)
Ai Bi Ci-1 Si Ci0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1
Ai
Bi
Ci-1Ci
Si
M
Ai
Bi
Ci-1
Ci
Si
HAS
C
HAS
C
論理関数
),,( CBAMCCBAS
i
i=
⊕⊕=
![Page 19: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/19.jpg)
自動車産業におけるIT化開発、生産でプロセスを効率化
http://www.mazda.co.jp/home.html
http://www.nissan.co.jp/
http://www.mitsubishi-motors.co.jp/
![Page 20: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/20.jpg)
自動車メーカーを取り巻く状況の変化とIT活用の関係
IT
ツール内製の
限界
市販ツールへの
移行 ↓
バリエーションの
増大デ
ータ管理の
充実 ↓
取引先の
非固定化
情報共有の
システム化
↓
外観デザインでの
自由曲面
試作コストの高さ
内製3次元
CAD
導入
シュミレーション
の活用↓
↓
業界再編
系列崩壊
IT
の進歩
ユーザーニーズの
多様性
![Page 21: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/21.jpg)
自動車メーカーの市販CAD導入状況
Unigraphics I-DEAS
SCAD CATLA (V4 or V5) Pro/ENGIEER
General MotorsFord Motor
いすゞ
日産自動車
マツダ
スズキ 富士重工
三菱自動車
ホンダ
Renault
Daimler Chrysler
ダイハツ
トヨタ自動車
![Page 22: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/22.jpg)
出所:http://www.atenza.mazda.co.jp/sport/spec3.html
出所:http://www.atenza.mazda.co.jp/sport/
日経デジタルエンジニアリング 2002 年 10月号 p87 図 2(C)
![Page 23: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/23.jpg)
人間工学の応用
マツダが「アテンザ」のドア操作感の品質向上で取り組んだ
日経デジタルエンジニアリング 2002 年 10月号 p97 図 2
![Page 24: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/24.jpg)
「Jack」日産自動車がフェアレディZの開発で活用した人体モデル
日経デジタルエンジニアリング 2002 年 10月号 p98 図 3
![Page 25: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/25.jpg)
出所:http://www.toyota-cs.com/data/pdf/thums_j.pdf
![Page 26: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/26.jpg)
2002年
自動車メーカーの提携関係
Ford Motor マツダ
三菱自動車Daimler Chrysler
General Motors
いすゞ
スズキ
富士重工
日産自動車 Renault
ホンダ
トヨタ自動車
日野自動車
日産ディーゼル
ダイハツ工業
33.4%出資
37.3%出資
44.4%出資
13.5%出資
20%出資
22.5%出資
22.5%出資
22.5%出資
22.5%出資
49%出資
20%出資
![Page 27: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/27.jpg)
情報システムに関するアウトソーシング
マツダ マツダ日産自動車ホンダ三菱自動車
1999年 12月
情報システムの開発保守運用業務の大部分を日本IBM
へ
アウトソーシング。社内の情報システム部門は研究・
開発領域のIT
化の戦略・立案以外へ注力。
2000年 10月 2000年 5 月2000年 10月2001年 12月 2001年 5 月
情報システムの保守/運用業務を日本IBM
へアウトソーシング。
社内の情報システム部門は企画。新規システム開発に専念。
インターネットプロトコル(IP)
を活用した次世代情報通信ネット
ワークサービスの構築に関して日本テレコムと提携。
情報システムの運用を日本IBM
へアウトソーシング。
システム企画。開発は両者の技術者が共同で参画。社内の情報
システム部門のリソースをシステム開発へ集中させ、専門スキ
ル向上を目指す。対象は業務系の管理システム(生産や販売、
購買、会計など)、CAD/CAM
/CAE
を中心とした開発プロセス系
システムは含まれない。
日本国内における情報システムの保守/
運用業務と一部の開発
業務を日本IBM
へアウトソーシング。社内の情報システム部門
はIT
企画業務へ集中。
今後10
年間
マツダグループにおけるネットワークサービスの
構築に関して日本テレコムと提携。
![Page 28: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/28.jpg)
今後のIT活用自動車メーカーおよび自動車部品メーカーに求められる
従来とは異なった検討項目、開発プロセスへの対応
ハイブリッド車、燃料電池車など電子化が進んだ自動車の台頭
部品単体ではなくシステムでの開発力・提案力の強化 部品メーカー自動車メーカー
グループ企業間をはじめとした共同開発の増加
企業間での密接なコラボレーション、情報共有
デジタルモックアップやシミュレーションによる検討
![Page 29: 基礎情報処理 - 京都大学OCW](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012419/6173aa7536c5bf68ff67d6a5/html5/thumbnails/29.jpg)
小テスト(氏名: )
A
B
C
X
(1)下記の多数決回路について、真理値表を完成させよ。
(2)講義に関する感想等を述べよ。
A B C X0 0 0 0001111 1 1
第3回目 論理回路からコンピュータまで1 2004年10月21日(木)