共通科目情報処理(講義)、体育専門学群対象、2001年04月12日
電子・情報工学系
新城 靖
<yas@is.tsukuba.ac.jp>
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情報扱い方の種類(広義の情報処理)
- 計算(computation)
- 通信(communication)
- 記憶(storage)
情報処理を学ぶ意義
- 教養。人生を豊かにする。
- 現世利益。通信装置。
- 考える道具。新しい発想方法。
現在のコンピュータをうまく使うには、内部の仕組み、作った人の都合を理解
する必要がある。
コンピュータのモデル
- ビットは、ディジタルコンピュータで扱える情報の最小単位。0か1か。
- コンピュータは、ビット列になった情報を処理する。
- 何をやらせるかと手順(プログラム)もまたビット列として与える。
あまりよい情報の定義はない。
国語辞典。
- じょうほう 【情報】
- ある物事の事情についての知らせ。「海外―」「―を流す」
- それを通して何らかの知識が得られるようなもの。
- informationの訳語。「データ」が表現の形の面を言うのに対し、内容面
を言うことが多い。
新城の定義。情報とは、コピーしても同じものと思えるもの。
物は、コピーすると別のものになる。
お金は、情報だがコピーしてはいけない。
新城の定義(その2)。情報とは、情報処理の対象となるもの。
情報処理とは、計算、通信、記憶の3つ。
- 物質
- 波、エネルギー(energy)。転送。
- 情報
- 計算(computation)
- 通信(communication)
- 記憶(storage)
computerとcalculatorは違う。
電卓。電子式卓上計算機。
実際には、いろいろな要素が混じって、厳密には分類不可能。
記憶媒体を移動させる/共有すると通信になる。
通信内容を保存することもできる。
- 計算(computation)
- 計算(calculation)する。
- 数の計算。1+2=3。
- 絵、音の加工。
- フィルタリング。必要な情報を選び出す。
- 通信(communication)
- 電話する。
- 黒板に字を書く。
- マスメディアを使う。テレビ、新聞、放送。
- 直接会って会話する。ボディ・ランゲージ。
- 記憶(storage)
- 機械(コンピュータと通信ネットワーク)を使った情報処理
- (機械ではない)道具を使った情報処理。道具は、主に紙。図書館情報学。
情報の分類。
- 生物の個体の中。神経、脳。ホルモン。
- 遺伝情報のコピー。
この講義の内容は、主に機械とネットワークを使った情報処理の仕組みと応用
について扱う。
- 現世利益。
コンピュータという人工物は、現在のところ、残念ながら、中の仕組みを理解
しないとうまくつかえない。
- 教養。
直接経済的には役に立たないかもしれないが、楽しみを増やし、人生を豊かに
する。
なぜ運転免許を取るか。
なぜ数学、外国語を勉強するのか。
なぜ読み書きをを勉強するのか。
20世紀の技術で、人間の生活に大きな変化を与えたもの。
- 原子力。E= m c 2。
- DNAの2重螺旋。品種改良。医薬品。抗生物質。
- コンピュータ。
- インターネット(電話の発明は、1876年)
アルビン・トフラーの第3の波。パワーシフト。
コンピュータ・サイエンス急激な進歩の原動力は、コンピュータ。
他の分野の進歩にもコンピュータは、多いに貢献している。
計算機科学の成果。
- 日常生活を変える。コンピュータとネットワークが社会を変える。
- コンピュータとネットワークが社会を作る。ネットワーク・ニュース。
FAQ。メーリング・リスト。
- 世界観。<−>コペルニクス、アインシュタイン、ホーキング、
2重螺旋。
- 人間とコンピュータの対比。
スタートレックTNGのデータ少佐。 Lieutenant commander Data。
Voyagerの緊急用医療ホログラム。 Emergency Medical Hologram。
計算の意味。知能の意味。
- 考える道具。ワープロで文書を書く。
コンピュータ言語。コンピュータの身になって考える。
書記言語が利用されるようになってから、人間が内省的に「考える」という認
知的技能を獲得した。外国語。
コンピュータの身になって考える。
コンピュータを作った人の身になって考える。
人間とコンピュータの競争。算盤・暗算との勝負。コンピュータの出始めの頃
の話。
コンピュータ社会での不安。The Net。
幽霊の正体見たり枯尾花。
取り残される不安。
通信装置としてのコンピュータ。
目の前にあるのは、コンピュータでも、通信相手は人間。
手紙と電子メール。
テレビ電話と携帯電話。
富士通のタッチおじさんと松下幸之助。
「コンピュータって何ができるの?」
◆計算機科学の再起概念(recurring concepts)。
ACM-IEEE Curriculum 1991。
- バインディング
- 大規模問題の複雑さ
- 概念的、形式的モデル
- 整合性と完備性
- 効率
- 進化
- 抽象化のレベル
- 空間における順番
- 時間における順番
- 再利用
- セキュリティ
- トレードオフ
◆日常生活でコンピュータを使わなくても使える技術
- 木構造
- 超整理法の押し出しファイル、LRUスタック
- 検索、並べ替えの方法
- 実時間スケジューリング、dead line scheduling
- 分散アルゴリズム、放送、マルチキャスト
- 情報処理とは。情報処理を学ぶ意義。
- コンピュータのハードウェアと符号
- ソフトウェア、オペレーティング・システム
- ファイルとディレクトリ
- 木構造による情報の整理
- インターネット
- 暗号と電子貨幣
- 著作権と規制
- 標準化、複雑系、自己組織化、ミーム
この授業で何度も出てくるキーワード
応用(実習でやるもの)
- 電子メール
- ワープロ
- 表計算
- WWW
- 言語(HTML,VisualBasic)
応用。実習でやらないもの。
- 電卓(電子式卓上計算機。calculator)。
- キャッシュ・カード
- 炊飯器、自動車、エアコン
- 電話
- CD
- 通信カラオケ
流行の技術と基礎的な技術。
利用者インタフェースの進化とどこでも計算(Ubiquitous Computing)。
期末試験を行う。この時、A4サイズの紙1枚以内(両面可)以内のレポート
を参照してもよい(公式カンニングペーパー)。このレポートも試験の答案と
いっしょに改修して採点の対象とする。
立花隆、南谷宗、橋本穀彦、児玉文雄、安田浩、立花隆ゼミ著
新世紀ディジタル講義
新潮社、2000年7月15日。
ISBN4-10-395506-6
⇔アナログ・コンピュータ。
- 計算に便利。再現性。いつも同じ結果が出る。
- 通信に便利。正確なコピーが作れる。誤り訂正。
- 記憶に便利。正確なコピーが作れる。誤り訂正。
ディジタルコンピュータで扱える情報の最小単位。
1ビットで表せること。
1ビットの情報では、2つの状態のどちらかを表すひとができる。2つの状態
を、数に対応させる時には、0と1で表す。
1ビットで表せる情報では足りないので、複数のビットをまとめて考える。
1ビットでは、0か1の2つのことしか区別できない。2つだけでは、文字や
数を表わすのに不足するので、普通は、複数のビットをまとめて使うことにな
る。
両手の指、10本を使って、いくつまで数が数えられるか。
コンピュータとは、ビット列を入力し、ビット列を出力する機械である。
入力と出力がある。
入力と同様にビット列で与えるプログラムで、大きく動作を変えることが
できる。
図1 単純なコンピュータのモデル
1度に8つのビットを効率よく処理できるようになっているコンピュータ。8
ビットあると、2の8乗、つまり、256種類のものを区別することができる。
実習で使っているコンピュータは、32ビットのコンピュータで、一度に32
ビットずつ計算をすることができる。
10進の算盤、各桁に珠が5個。各桁で0〜9の数を表わせる。
図2 10進算盤
各桁に珠が1個しかないような算盤。各桁で0か1の数を表わせる。
図3 コンピュータの内部
コンピュータは、ビット列(ビットの並び、順序に意味がある、ビットパタン)
を入力してビット列を出力するもの。
人間の活動で、ビット列に変えられるものなら、コンピュータは何でもできる。
でも、得意・不得意はある。得意なのは、数と文字。最近は、音。図形。静止
画像。動画像も。
図4 単純なコンピュータのモデル
- 単に使う(ユーザ)
- プログラムを作る(ユーザ)
- 通信機器として使う
図5 コンピュータの使い方(単に使う)
コンピュータの使い方(プログラミング付き)。
図6 コンピュータの使い方(プログラミング付き)
コンピュータの、通信機器としての使い方。
図7 コンピュータの、通信機器としての使い方
電話、Faxのかわり。
人間が言葉で主張することは、次のような方法で数学的に記述することができる。
- ブールの記号論理学(命題論理、述語論理、ブール代数)
- チャーチのラムダ計算
- ゲーデルの帰納的関数
- チューリングのチューリング機械
チューリング機械:コンピュータの単純なモデル。無限のテープ、読み書きす
るヘッド、制御部からなる。
記号論理学上の表現は、すべて2値論理のブール代数に置き換えることができる。
(
言葉で記述されたものは、全て数の並びで表すことができる。
数の並びは、ブール代数に置き換えることができる。
)
ブール代数は、すべて電子回路で置き換えることができる。
人間は計算可能か。知能は定義できるのか。言葉で定義してしまうと、計算可
能になる。
授業を、情報処理の観点から見ると、教官が持っている情報を
学生が受け取るということである。
- 教官
- 自分が持っている知識、書籍、インターネット上の情報の中から材料を選
りすぐる(教官によるフィルタリング)
- 学生
- 教官の話のうち、自分にとって大事なものを選りすぐりながら受け取る
(学生によるフィルタリング)。
自分にとって大事な部分がどこかを判断しながら聞くことが大事になる。
いくつかの戦略がある。
- 教官が大事だと強調している部分を大事にして試験の点数を上げる
- 自分が大事だと思うものを教官から引き出すために質問する。
高校までの勉強の方法、授業の利用方法を切り替える必要がある。ノートを取
るのは、フィルタリングを行って大事な部分や紙媒体に記憶させた方がいいも
のだけを書く。
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Last updated: 2001/04/12 02:06:53
Yasushi Shinjo / <yas@is.tsukuba.ac.jp>