始めに

情報科学概論

０．始めに

パーソナルコンピュータ＝パソコン（和製英語）＝ＰＣ＝IBM PC 又はその互換機

事実上の世界標準

メーカー：コンパック、パッカードベル(NECに買収される）、東芝（ノートブックの生産で世界一）、DEC、NEC（米国でのみ生産）、富士通、等）

特徴　　：インテル社のCPU(MPUとも言う：80286、80386、80486、486DX4、Pentium90MHz、Pentium133MHz、...、Pentium200MHz、PentiumPro200MHz）

マイクロソフト社のOS（MS-DOS2.1、...、MS-DOS6.2、Windows3.1、Windows95）

他のパソコン：PC98（CPU＝インテル社、日本のパソコンの５０％強を占める、OSはマイクロソフト社のOS）、マッキントッシュ（CPU＝モトローラ社、GUIがすぐれたMacintosh OS 7.5）

PC98とIBM互換機（DOS/V機とも呼ばれる）の違い：BIOSが異なる、PC98は漢字が焼き付けられたROMを持ち、IBM互換機はソフトウェアで日本語表示を行っている。

IBM互換機：IBMの開発したBIOSと同じ働きをする他社製のBIOSを組み込み他の部品も他社製のものを使用してIBM純正よりも安く製品化したもの。

DOS/V：IBMが開発した日本語表示のためのソフトウェア（マイクロソフト社のOSがもとになっている。）

ROM：Read Only Memoryの略で各種のソフトウェアが回路として焼き付けられている。

BIOS：Basic Input Output Systemの略で、パソコンに付属しているハードウェア（部品）（モニター、キーボード、マウス等）に対する基本的な命令文が回路として入っている。もちろんROMである。

１．起動（ブートアップ）

単純なコンピュータ（マイコン（マイクロコンピュータの略）とも呼ばれている）：電卓、電気炊飯器のタイマー、ビデオデッキの録画予約機能、等。

１－１．電源投入時の仕組み

電源投入時テスト：ハードウェア部品、CPU、メモリが正常かどうかの確認。確認の終了後長いビープ音を鳴らす時には、何らかの異常が生じている証拠で簡単なメッセージを出す。

・電源をオンにする。

・CPUのレジスタ（データや命令文を格納するメモリ）をクリアする。

・CPUのプログラムカウンタ（レジスタの一種）を特定の値にセットする。

プログラムカウンタ：次に実行する命令のアドレスを格納してCPUに指示する。通常、BIOSに入ったブートプログラムを初めにセットする。

②

CPUはこのアドレスを基にBIOSのブートプログラムを呼び出す。
このプログラムが電源投入時テストというシステムチェックを始める。
CPUは各部品のコードを読んで決まった値と比較したり、その値に基づいてその部品の設定をする。

③

CPUはシステムバス（或いは単にバスと呼ぶ）を通して信号を送り、各部品が正常かどうかを確認する。

バス：同時に送信できるビット数によって１６ビットバスとか３２ビットバスと呼ばれる。パソコンは通常１６ビット以下である。ワークステーションは３２ビット以上であり、この差が価格の差に大きく効いている。

ビット：情報量の単位である。２進数で表すのが通常で、１ビット＝１桁の２進数、即ち、１ビット＝２個の状態、を表す。例えば、８ビットの信号といえば、８桁の２進数で表現できるどれかの２進数値に対応している。（１バイト＝８ビット）

④

BASICのコードをチェックする。
タイマーをチェックする。

BASIC：コンピュータ言語の一種で初歩の言語教育でよく使用される。１世代前のＯＳはBASICであった。

タイマー：コンピュータのあらゆる機能が歩調を合わせてきちんと働くようにする（同期する）部品。Pentium90MHzといった場合の90MHzが水晶振動子の周波数である。90MHz=9千万回振動／秒、または、１回の周期運動時間＝1秒／9千万回≒10^-8秒。

⑤

表示アダプタ（通常グラフィックボード或いはビデオボードと呼ばれる）のメモリ（ＶＲＡＭ）と、画面表示を制御するビデオ信号をチェックする。
グラフィックボードのBIOSコードが読み込まれ、システム（コンピュータ）のBIOSの一部として扱われる。

グラフィックボード：Windows95等では画面の高速表示と大きな画面を表示する必要があるため、これを実現する特別なボードが必要になる。ボードを挿入することによって、その上のBIOSもシステムソフトの一部となる。ボードを挿入する部分をスロットと呼び、スロット数が多い機種を拡張性があるという。

ＶＲＡＭ：ビデオ表示用のＲＡＭ

ＲＡＭ：Random Access Memoryの略で、６０～８０nsで読み書きできる高速で動作するメモリ。

ns：ナノセカンドと呼ぶ時間の単位で、1 ns = 10^-9秒。

⑥

ＲＡＭのチェックをする。CPUはRAMチップにデータを書き込んで読み出し、最初に書き込んだデータと比較するということを繰り返す。チェックされ終わったメモリの合計が順次モニタに出力される。

⑦

キーボードのチェックをする。押されているキーがあるかどうかチェックし、押されているキーに対応した処理を行う。例えば、PC98の場合HELPキーを押しながら電源を入れるとパソコンの基本環境設定メニューが現れる。

⑧

ドライブのチェックをする。各ドライブに信号を送り、応答を待ってどのドライブが使用可かを判断する。

ドライブ：ハードディスクドライブ（最近では５４０ＭＢ～１ＧＢ）、3.5インチフロッピーディスクドライブ（６４０ＫＢ（２ＤＤ）、１．２ＭＢ（２ＨＤ）：ＮＥＣ用；７２０ＫＢ（２ＤＤ）、１．４４ＭＢ（２ＨＤ）：ＩＢＭ互換機用）、５インチフロッピーディスクドライブ、CD-ROMドライブ（約６００ＭＢ）等がある。最近では、６４０ＭＢのＭＯ（Magneto-Optical Drive）、１００ＭＢの３．５インチの大きさのzipドライブや６５０ＭＢのＰＤドライブ（松下製）がある。

⑨

電源投入時テストの結果をCMOSチップに入っているデータと比較する。

CMOS：Complementary Metal-Oxide Semiconductor（相補型金属酸化膜半導体）の略でありメモリの一種で、電池からわずかな電気をもらってデータを維持でき集積度を高めることができる。

電池：通常リチウム電池が採用され、タイマーにも使用されるが５～６年間は持つ。

⑩

一部のディスクコントローラカード等独自のBIOSを持つ部品を組み込んで拡張されたコンピュータでは、そのBIOSがシステム自体のBIOSの一部となる。

SCSI：Small Computer System Interfaceの略でパソコン用に開発された、ディバイス（部品）との接続規格。ハードディスクやCD-ROM等と接続する際に使用される。数珠繋ぎに６台まで接続可能である。

１－２．ディスクブートの仕組み

①

フロッピーディスクドライブのチェック。
フロッピーがフォーマットされているかどうかチェック。
システムファイル（IO.SYS、MSDOS.SYS）が入っているかチェック。
フロッピーディスクが無ければハードディスクをチェックし同じことを繰り返す。

システムファイル：通常のコマンド（DIR）では名前が表示されないような属性を持っている。IBM製のDOS/Vだと、IBMBIO.COMとIBMDOS.COMという名前である。

②

システムディスクからブートレコードをメモリの決まった位置にコピーする。
BIOSのブートプログラムからブートレコードに制御を渡す。

決まった位置：RAMと呼ばれるメモリはアドレス（住所番地）を指定することによってメモリに書き込まれたデータを探し当てる。

③

IO.SYSをRAMにロードする。
ブートレコードをクリアする。

IO.SYS：ROM BIOSの拡張機能と残りのブート手順を引き継ぐSYSINITが入っている。

ロード：RAMにプログラムやデータを読み込むこと。

④

IO.SYS中のSYSINITというプログラムがMSDOS.SYSファイルをRAMにロードする。

MSDOS.SYS：BIOSと協力してファイル（アプリケーションによって作成された文書）を取り扱ったり、プログラムを実行したり、ハードウェアからの信号に応答するプログラム。

⑤

SYSINITはルートディレクトリを調べてCONFIG.SYSを探し、見つけたらファイル中のコマンドを実行するようにMSDOS.SYSに命令する。

ルートディレクトリ：ファイル構造の最上層。ルートは根っこの意味である。

CONFIG.SYS：ユーザーが作成するフテキストファイルでディバイスドライバをロードする命令が入っている。

ディバイスドライバ：BIOSの機能を拡張してCD-ROMドライブやメモリを制御できるようにするプログラムである。

⑥

SYSINITはCOMMAND.COMファイルをロードするようにMSDOS.SYSに命令する。
COMMAND.COMには３つの部分があり、１つ目は入出力を拡張する部分でBIOSアドレスに隣接して常駐する。

⑦

COMMAND.COMの２つ目には内部コマンド群（DIR, COPY, TYPE等）が入っており、メモリの一番大きいアドレスにロードされるがメモリが足りないときにはアプリケーションに明け渡し、アプリケーションが終了したらまたハードディスクから読み込む。

⑧

COMMAND.COMの３つ目にはルートディレクトリにあるユーザーが作成したAUTOEXEC.BATというファイルを見つけ実行する。

AUTOEXEC.BAT：フテキストファイルであり、中には電源を入れる度に実行したい環境設定やプログラムの名前が入っている。

ファイル／プログラムの読込順序：

ROM BIOS → IO.SYS, MSDOS.SYS → CONF.IG.SYS → AUTOEXEC.BAT

１－３．オペレーティングシステムの仕組み

・メモリ

①

アドレス０から1MBまでの間にオペレーティングシステムはロードされる。これは論理アドレスである。即ち、実際の物理的な位置はある時はBIOSであり、ある時はRAMであり、またある時は拡張ボードのBIOSであったりする。

②

最初の１KBにはBIOSとDOSがセットした割り込みベクタが入っている。

割り込みベクタ： BIOSとDOSの用意したプログラムへ飛ぶアドレスが格納されたテーブルのこと。

③

次の約２５６バイトにはシステムの色々な内部状態を表すフラッグデータが入っている。１６バイト程度のキーボードバッファもある。

フラッグ：０、１、－１の３個のデータ値を取るレジスターの値。

キーボードバッファ：コンピュータがほかの仕事で忙しいときにキー入力を取りあえず入れておく場所。

④

残りの６４０ＫＢまでのＲＡＭをコンベンショナルメモリ（基本メモリ）と呼ぶ。ここには、COMMAND.COM、デバイスドライバ、メモリ常駐プログラム（例：ウィルス監視プログラム）、アプリケーションプログラムがロードされる場所である。
ＭＤ－ＤＯＳ５．０以上のＤＯＳについてくるＨＩＭＥＭ．ＳＹＳのようなメモリ管理プログラムを利用すると一部のプログラムをハイメモリにロードして６４０ＫＢのメモリ部分を十分にアプリケーションに使用できるようにしてくれる。

⑤

６４０ＫＢから１０２４ＫＢまでをハイメモリと呼ぶ。ここは、SCSIボードなどのBIOSが予約している場所である。

⑥

ハイメモリの最後の数十ＫＢはROM BIOSが使用する。多くのシステムでは、ROM BASICもここにある。

⑦

１０２４ＫＢより大きいアドレス領域のメモリもEMSメモリ、あるいは拡張メモリとしてりようできる。
Windows95ではその制限が取り払われた。

・ソフトウェアとハードウェア

①

DOSのプロンプトでアプリケーションプログラムの名前（例：A:\> WP.EXE）を打つと、COMMAND.COMがBIOSに指示を出し、BIOSはこのプログラムがある場所を探し出してディスクからメモリの一番低い未使用アドレスにコピーする。

②

出来上がった文書を印刷するコマンドを使ったとする。するとアプリケーションが割り込みを発生させる。
OSは割り込み番号の値によってどのサービスが要求されているかを判断する。
この場合にはINT 33と呼ばれる割り込みを発生させ、更に内部のサービス番号５を用いて１文字ずつプリンタに送る。

INT 33（INT 21Hとも書く。）：INTはINTERRUPT（妨害をするの意味）から取られた。人が料理しているときに、電話が掛かり料理を一時中断して電話を取って話し始めることに例えられる。33は１０進数の値で１６進数では21であり１６進数であることを表現するためにH（Hexadecimal：「１６進数の」の意味）を後ろに付ける。

③

割り込み信号が割り込みコントローラチップに横取りされる。

④

割り込みコントローラチップが割り込みが発生しすぐに対処しなければならない処理が起きたことをCPUに伝える。

⑤

CPUは現在処理している命令のアドレスをスタックに入れる。

スタック（stack）：「積み重ねた山」の意味で、上から順番にアドレスを格納する特別なRAM領域。アドレスを入れるときには上から積み重ねていき、取り出すときにも上から順番に取り出していく。

⑥

CPUは割り込みベクタテーブルを調べてINT 33サービス番号5に対応するアドレスを取り出す。

⑦

BIOSルーチンが作業を引き継ぎ、１文字（半角文字で１バイトのデータ）をパラレルポートを通してプリンタに送る。

ルーチン：決まった仕事の意味で、この場合にはプログラムを指す。

パラレルポート：１バイト＝８ビットのデータを一気に（平行して）吐き出すことのできる信号線。

⑧

プリンタが何かの原因でデータを受け取れないとき（例えば、印刷用紙が入っていない）はエラー信号をコンピュータに送るがBIOS自身で解決しようとする。
BIOS自身で解決できないときにはBIOS自身が割り込みを発生させ、BIOSの別のルーチンが実行されて画面上にエラーメッセージが表示される。

⑨

BIOSが成功したときにはBIOSは割り込みリターン（IRET命令）を実行する。
CPUはスタックの一番上のアドレスを取り出す。

⑩

CPUはスタックから取り出されたアドレスに制御を移す。即ち、そのアドレスの次の命令アドレスを取り出して実行をする。

⑪

アプリケーションがロードされた時にCOMMAND.COMを上書きしたときにはOSはアプリケーションが終了した時点でディスクからCOMMAND.COMをロードし直す。

２．マイクロチップ（ＩＣ）

機械式：交換機

電気式：交換機

電子式：真空管　　　（大きい、大量の熱）

　　　：トランジスタ（小さい、小量の熱）

２－１．トランジスタの仕組み

①

少量の正の電荷が多結晶シリコン（ゲートと呼ばれる。）に送られる。

ゲート：門の意味である。以下で見るように電流を制御するという意味で名付けられた。

②

正の電荷にｐ型半導体内部の電子が引き寄せられる。

ｐ型半導体：少量の正の電荷が含まれる純粋シリコンの結晶のこと。

③

元々電子が不足しているｐ型半導体から電子が引き寄せられていくと、ｎ型半導体であるソースから電子が流れ込んでくる。
これらの電子はｐ型半導体を通過してもう片方のｎ型半導体であるドレインに流れ込む。
この結果、回路が結ばれてトランジスタがオンに切り替わる。
この逆にゲートに負の電荷があるときには、ソースからの電子がせき止められて、トランジスタはオフになる。

ｎ型半導体：少量の負の電荷が含まれる純粋シリコンの結晶のこと。

ソース：電子を供給する源の意味である。

ドレイン：電子を流れ出させる排出路の意味である。

２－２．ＲＡＭの仕組み

・データのＲＡＭへの書き込み

①

ソフトウェアが電気パルス（信号）をアドレス線に流す。

アドレス線：ＲＡＭは１バイト（８桁の２進数で表現できるデータ）毎に、住所（アドレス）が付けられている。アドレス線はこれらの１バイト毎のアドレスに信号を送るための線である。

電気パルス：どこにデータを記録すれば良いかを表している。

②

データを入れるそれぞれのメモリ位置でトランジスタをオンにする。

③

トランジスタがオンになっている間ソフトウェアはデータ線を通して電気パルス（０、１のデータ）を送り、１のデータを蓄える場所のコンデンサーのみ充電する。

データ線：０、１のデータを流す線。

コンデンサー：電気を貯める素子。

データ：データは全て２進数で記憶される。即ち、コンデンサーに電荷があれば１、なければ０と解釈される。

④

電気パルスは、オンになったトランジスタの所に来ると電流を流して、１のデータが蓄えられているコンデンサーのみ充電する。この作業をリフレッシュという。

・データのＲＡＭからの読み出し

①

ソフトウェアが電気パルス（アドレスを表す）をアドレス線に流す。

②

閉じられたトランジスタ内のコンデンサーは全て放電し、電気パルスがデータ線に送られる。

③

ソフトウェアはパルスが送られて来たデータ線を１、その他を０と解釈する。

２－３．ＣＰＵ

①

プリフェッチユニットが、次の命令をメモリから取り出すようにバスインターフェイスユニットに指示する。

プリフェッチユニット（ pre-fetch unit）：前もって取り寄せておく役割を持つチップ。

②

セグメントユニットとページングユニットが命令のある位置を仮想アドレスから物理アドレスに変換する。

セグメント、ページングユニット：メモリを大きなページという単位とより小さなセグメント単位に分割して管理するチップ。

③

バスインターフェイスユニットが命令をＲＡＭから取り出してプリフェッチユニットに渡す。

バスインターフェイスユニット（bus-interface unit）：バス（信号の通る線）とＣＰＵとをつなぐチップ。

④

プリフェッチユニットは命令をデコードユニットに渡す。
デコードユニットは命令を解読して実行ユニットに渡す。

デコードユニット（decode unit）：コード（機械言語）を解読するチップ。

⑤

制御ユニットは実行ユニットの各部分に手順を踏んで命令を完了させる。

⑥

保護テストユニットはアドレスが２重に使用されていないか、許可されていない周辺機器にアクセスしようとしていないかを確認する。

⑦

レジスタは渡されたデータを格納するメモリ。

⑧

算術演算ユニットがＲＡＭから取り出したデータ（数値）とレジスタに格納されたデータ（数値）の足し算をする。

⑨

制御ユニットがこの合計値をＲＡＭのしかるべき位置に入れるようにバスインターフェースユニットに指示する。
制御ユニットが指示した仮想アドレスをセグメント、ページングユニットが物理アドレスに変換する。（命令完了）

２－４．キャッシュ（ cache ）

ＣＰＵとＲＡＭの間にあり、ＲＡＭ中の命令コードやデータを貯めておきＣＰＵからの命令が来たときにキャッシュはまず自分の高速メモリ中にそのデータや命令コードがあるか確認しあればそちらをＣＰＵに渡すことによってＣＰＵを効率的に働かすチップ。

コンピュータの５大装置：入力装置、出力装置、制御装置、演算装置、主記憶装置

３．データ記憶装置

３－１．ディスク記憶の仕組み

・ディスクへのビットの読み書き

①

ディスクの表面には磁性体が塗布されている。
磁性体中の鉄粉はバラバラな方向に向いている。
これらの向きを揃えるヘッドがディスク表面のすぐ上に置かれる。
ヘッドは鉄心（コア）にコイルを巻いたものであり、コイルに電流が流れることによって鉄心が磁化される。

磁化：磁石になること。この場合は電磁石になる。

②

ヘッドのコイルに電流信号が流れるとコアが電磁石になり、ディスク表面の磁性体の鉄の分子が磁化される。
ヘッドの電磁石の向きとディスク表面の鉄の分子の磁化の向きとは逆になる。

③

ビット１つを表すのにヘッドは磁気の帯をディスク上に２つ作る。
２進数の１にするには、一つ目の帯の磁極の向きと二つ目の磁極の向きを逆にし、０にするには、二つの帯の磁極の向きを同じにする。

④

２番目のビットを記録するときには、新しいビットであることを示すために一つ目の磁極の向きは直前の帯と逆向きにされる。
帯を一つ作るのにフロッピーディスクだと、数十分の一秒しか掛からない。

⑤

データを読み出すときは、ヘッドには電流を流さない。ヘッドが磁化された帯を通過すると電磁誘導により、ヘッドのコイルに磁化の向きに応じて磁化した時と逆方向に電流が流れる。これによって、データが１か０のビットなのか判断する。

電磁誘導：電線が磁石の上を通過すると、電線に電流が流れる現象。

ディスクのフォーマット

①

ディスクドライブの初仕事は、そのドライブで使用できるようにディスクをフォーマットすることである。
フォーマットとは、ファイルをディスク上で効率的にディスクに書き込んだり、目的のファイルを直ぐに探索できるように、ディスクに磁気標識を付けることである。
磁気標識には同心円状のトラックと、扇状のセクタ或いはクラスタがある。
ヘッドは回転中のディスクの上を移動するときに、これらの磁気標識を読み取って自分の位置を判断する。

②

１つのトラック上の複数のセクタが集まって、一つのクラスタ（或いはブロック）を構成している。
クラスタはＯＳが情報を書き込むときのディスクの最小の単位である。
クラスタサイズが２５６バイトの時、１バイトの長さの情報を書き込むときにも２５６バイトが丸ごとこの情報のために使われる。
従ってディスクに書き込むことが出来る容量は、ディスクの全容量ではなく実際にはもっと小さくなる。クラスタサイズに大きく依存するが、この大きさをあまり小さくすると、ファイルを探すときに時間が掛かることになる。従って、クラスタサイズは、この両方の相反する仕事の最適値を求めて決められる。

③

ドライブは各トラック上の第０セクタに、特殊なファイル（ＦＡＴ）を作る。
ＤＯＳはここにディスクのディレクトリ構造とファイルがどのクラスタに入っているかを記録する。

ＦＡＴ（ File Allocation Table ）：ファイル（コンピュータが作るまとまった情報のこと、アプリケーションやアプリケーションによって作成された文書等を指す。）をどこのクラスタに割り当てたかを書いてあるテーブル。

・ファイルのディスクへの書き込み

①

ユーザがアプリケーションにファイルを保存する命令を出す。
アプリケーションはＤＯＳに命令を送りファイルをディスクに保存する作業を依頼する。（例：LETTER.TXTというファイルを保存する。）

②

ＤＯＳはＦＡＴ中のディレクトリ構造を移動してカレントディレクトリにファイルLETTER.TXTが保存しようとする。

カレントディレクトリ（ current directory ）：現在作業している場所。

③

ＤＯＳはＦＡＴをチェックして現在ディスク上にあるデータを壊さずにこのファイルを保存できるか、空いているクラスタ番号を調べる。

クラスタ番号：ＦＡＴはクラスタに番号をつけて管理している。この番号のことをクラスタ番号という。

④

さらにＦＡＴを調べると、その空いているクラスタ番号が何番目のトラックの何個のセクタで構成されているかがわかる。
ＤＯＳはこの情報をＢＩＯＳに渡す。

⑤

これで、ファイル保存の細かい作業はアプリケーションからＢＩＯＳに手渡された。
ＢＩＯＳはファイル名LETTER.TXTで保存されることになるファイルの中身のデータをワードプロセッサ（ワープロ）が使用しているＲＡＭから取り出す。
それと同時にＢＩＯＳはディスクドライブのコントローラに対して、これから送るデータをしかるべき場所（空いているクラスタ番号 ⊃ トラック番号＋クラスタ番号）に記録せよという命令を出す。

⑥

ファイルの大きさが１クラスタの大きさよりも大きいとき。
ＤＯＳはファイルの残りを保存しようとして以上の処理を繰り返す。
即ち、ＦＡＴを元に別の空きクラスタを調べる。クラスタは連続していなくてもよい。ＦＡＴにファイル名とファイルのデータが入っているクラスタ番号が記録される。
ＤＯＳはＥＯＦという特殊コードを見つけるまでこの手順を繰り返す。

ＥＯＦ（ End Of File ）：ファイルの終わりを示すコード、数値の -1が割り当てられている。あるいは、ＤＯＳの場合 CTRL + Z がこのコードを生成する。

⑦

最後にDOSはLETTER.TXTを入れたクラスタをマークして、そのクラスタが現在ワープロによって使用されていることがわかるようにする。

・ファイルのディスクからの読み出し

①

ユーザーがアプリケーションにLETTER.TXTというファイルを読み込む命令を出す。
アプリケーションがＤＯＳにその命令とファイル名を渡す。

②

ＤＯＳはカレントディレクトリの情報をＦＡＴを元に調べ、ファイルLETTER.TXTがあるかどうかチェックする。

③

ファイルがカレントディレクトリに見つかったら、ＤＯＳはファイルが入っている全てのクラスタのアドレス（＝トラック番号＋セクタ番号）をＦＡＴから取り出す。

④

ＤＯＳはこのアドレス情報をＢＩＯＳに送り、ＢＩＯＳはディスクコントローラにコマンド（命令）を送る。
この命令によって、読み書きヘッドがファイルが入っているクラスタに移動し、ファイルの先頭から最後に向かって正しい順序でクラスタの中身のデータが読み出される。

⑤

ディスクコントローラは、ディスクから読み出したデータをＢＩＯＳに送る。
ＢＩＯＳは、プログラム（ワープロ）が使用できる位置のＲＡＭにデータを入れる。

・アプリケーション＝プログラム＝ワードプロセッサ（具体名）

・アプリケーション（コマンド、ファイル名） DOS（ファイル名、ＦＡＴ検索） BIOS（ＦＡＴ、ＲＡＭ）ディスクコントローラ（ＦＡＴ、ヘッド）

３－２．フロッピーディスクドライブの仕組み（３．５インチ）

①

３．５インチフロッピーディスクをドライブに入れる。
ディスクによってレバーが押されディスクのシャッターを開き、クッキーがのぞく。

ドライブ（ drive ）：駆動装置。

レバー（ lever ）：てこ。

クッキー（ cookie ）：平たいお菓子の意味であるが、転じてデータが記録できる磁性体が両面に塗布されたポリエステルの円盤。

②

他のレバーがディスクの両面に対応する２つの読み書きヘッドを動かし、クッキーのそれぞれの面に近づける。
ヘッドは小さな電磁石であり、電気信号により磁場を発生させてディスク上の磁性体の鉄の向きを変える。

③

ＣＰＵコントローラーボードドライブ回路　の順でデータやデータを読み書きする命令が伝わる。
ドライブ回路はこの命令をディスクと読み書きヘッドの制御信号に変える。

コントローラーボード（controller board）：制御板の意味で、制御BIOSがのったボード。

④

命令が書き込み命令であった場合、ディスクの書き込み保護用のスライドする穴が開いているかどうかを発光ダイオードとフォトダイオードで確かめる。
発光ダイオードからの光がフォトダイオードで検知されたら、書き込み保護がされていると見なしてドライブは新しいデータの書き込みを拒否する。

書き込み保護：ライトプロテクト（ write protect ）とも呼ぶ。

ダイオード：江崎玲於奈博士が発見した半導体素子。

⑤

ディスクの下にあるモーターがディスクのハブのノッチにはまったシャフトを回転させて、ディスクを回転させる。

ハブ（ hub ）：中心。

ノッチ（ notch ）：刻み目。

シャフト（ shaft ）：軸、心棒。

⑥

ステッピングモーターで溝がついたシャフトを動かし、読み書きヘッドのアームを前後させる。

ステッピングモーター（ stepping motor ）：決まった角度だけ両方向に回転できるモーター。

アーム（ arm ）：腕の様に伸びた棒。

⑦

ヘッドが目的の位置に来たら電気パルスによってヘッドのコイルに電流を流して磁場を作り、ディスクの表か裏にデータを書き込む。
データを読み出すときは、ディスク上の鉄が発する磁場が電磁誘導によりヘッドにコイル内の電流信号を発生させる。

３－４．ディスクキャッシュ

①

ディスクキャッシュは基本メモリかＥＭＳメモリか拡張メモリの一部を自分だけが使えるように予約する。
キャッシュの使うＲＡＭの量は数ＫＢ～数ＭＢに設定できる。
ＲＡＭの量は多ければ多いほどキャッシュの効果が高くなる。

ディスクキャッシュ（ disk cache ）：ディスクのデータの隠し場所の意味。ソフトウェア（アプリケーション）的に外部キャッシュと同じ事をする。（Part２：マイクロチップ：キャッシュを参照）

基本メモリ：ＤＯＳの普通使用できる６４０ＫＢのＲＡＭの部分。

ＥＭＳ（ Extended Memory System ）メモリ、拡張メモリ：ＤＯＳが最大限使用できる１ＭＢのＲＡＭ領域を越えた部分。２つの違いはこれらのメモリの使い方である。

②

アプリケーションがＣＰＵに指示をしてデータを読み出す要求をハードディスクに送る。
この要求をキャッシュが横取りする。

③

キャッシュはディスクから指示されたデータとその近くのクラスタからもデータを取り出す。
キャッシュは要求されたデータをＣＰＵに渡す一方で、そのデータのコピーとついでに読んだデータを予約したＲＡＭに入れる。

④

キャッシュはＣＰＵが働いていないとき、すでに読んだファイルの近くのセクタからさらにデータをＲＡＭに読み込む。
キャッシュはアプリケーションが後でどのクラスタを要求する可能性が高いかを推理するロジック（アルゴリズム）が内蔵されている。
キャッシュ効率の高さはこのロジックの賢さに依存する。

⑤

アプリケーションが新しいデータの要求を出すと、キャッシュはその要求を再度横取りしてそのデータがキャッシュ用のＲＡＭに入っているかどうかを調べる。
入っていればキャッシュはディスクからではなくＲＡＭ中のデータをＣＰＵに渡す。
この時キャッシュは③で行ったこと、即ちデータをＣＰＵに渡すと同時にＲＡＭにも保存しディスクからクラスタを余分に読み込んで置く。
キャッシュ用のＲＡＭがいっぱいになったらバッファ中で一番長い間使われなかったデータを捨て、一番新しいデータを入れる。

⑥

アプリケーションがデータをディスクに書き込む命令を送ると、キャッシュがその命令を横取りし、キャッシュ用ＲＡＭに入れておき、ＣＰＵが暇になるまでディスクに書き込むのを延期する。
ＣＰＵの作業がディスクへの書き込み作業によって中断されないので、コンピュータの計算速度が上がる。

⑦

ディスクに書き込むべきデータがキャッシュ用ＲＡＭにある場合、以前に書き込んだデータと比較して変更されたクラスタだけをディスクに書き込む。
また、ディスクドライブの読み書きヘッドの移動量が、一番少ない順序になるようにデータをまとめてディスクに書き込むキャッシュもある。

３－５．ＣＤ－ＲＯＭドライ

ソフトウェア配布用（多数のフロッピーディスクの代わり）、大量のデータ（６００ＭＢ程度）を蓄える。大きさは、５．２５インチである。

①

モータはＣＤ－ＲＯＭディスクの回転数を変え、検出器がディスクの半径のどこにあってもその直ぐ上のディスクの移動速度が一定になるように回転する。

②

検出器のレーザー光線がディスクに照射され、それが収束コイルによって１点に集められる。

③

レーザー光線はディスク表面のプラスティックの保護層を突き抜け、ディスク表面の底のアルミホイールに似た反射層に当たる。

④

反射層の表面にはランドとピットが並んでいる。

ランド（ land ）：平らな部分。

ピット（ pit ）：反射層の小さなくぼみ。

⑤

ピットに当たった光は拡散する。
ランドに当たった光は検出器に反射され、その光はプリズムを通して屈折しフォトダイオードによって検出される。

⑥

フォトダイオードに届いた光のパルスによって電圧が生じ、タイミング回路と同期することによって１と０の信号になる。

３－７．光磁気（ＭＯ）ディスク

・光磁気ディスクへのデータの書き込み

ＭＯ： Magneto-Optical、１２８ＭＢ、２３０ＭＢ、６４０ＭＢの種類が有る。大量のデータを読み書きできるのでハードディスクのバックアップ（コピー）として使用する。大きさは、３．５インチのフロッピーディスクと同じである。

①

強いレーザー光線がディスク表面の１点に集中する。
ディスク表面は原子数個分の厚さの光を偏光させる金属多結晶膜でできている。
この合金はアルミニウムのベースに載っており、この２つがプラスティックシートで挟まれている。

偏光：光には横方向の動きがあり、これがある方向に揃った光のことを偏光という。金属多結晶膜は光がこの膜を通ることによって、光の横方向の動きがある方向に揃わせる働きがある。

②

レーザー光線は合金の１点をキュリー温度という臨界温度にまで熱する。
キュリー温度では合金の結晶がくずれ磁場の影響を受け安くなる。

キュリー（ curie ）温度：フランスの実験物理学者キュリーの名前から取った。金属の状態が劇的に変化する温度。

③

書き込みヘッドが磁場を発生させると合金の結晶の方向が揃い１か０のビットを表すようになる。
レーザー光線を絞ることによって直径５．２５インチのディスクの片面に５４０ＭＢのデータが入る。

光磁気ディスクからのデータの読み出し

①

強いレーザー光線で書き込まれたデータの入ったトラックに沿って、弱いレーザー光線が照射される。

②

レーザー光線が合金の層の下にあるアルミニウムの表面で反射する。
光線は合金を通り抜けると偏光し、ある決まった方向に反射する光だけが反射光として出てくる。

③

センサーが反射光を読みとり、光の偏光方向の違いによって１か０のビットを読み取る。

３－７．ＤＡＴ（ Digital Audio Tape ）ドライブ

大量のデータの読み書きができ、ハードディスク等のバックアップとして使用される。大きさは、マッチ箱程度である。

①

ハードディスクのＦＡＴを調べ、バックアップするファイルを見いだす。
そのデータをＤＡＴのバッファ（５１２ＫＢか１ＭＢ）にコピーする。
ＤＡＴドライブは誤り訂正コードをバッファ中のデータに追加する。

バックアップ（ backup ）：支援の意味で、ハードディスクのファイルのコピーを取っておき、ファイルが破壊されたときそれを復旧するための装置。

②

円筒形のヘッドは９０度毎に４つの読み書きヘッドが交互についている。
書き込みヘッドＡとＢがデータを記録する。
読み出しヘッドは書き込んだデータを確認する。
円筒形のヘッドはテープに対してわずかに傾き、回転（毎分２０００回転）しながらテープに当たる。
テープは円筒形のヘッドと逆方向に毎秒１／３インチの速度で移動する。

③

書き込みヘッドＡがテープに接触している間、ドライブのバッファから１２８ＫＢのデータをテープに書き込む。
ヘッドは斜めにテープに書き込むことによって、テープ上の１トラックはテープの幅の８倍になる。

④

読込ヘッドＡがトラックＡのデータを１ビットずつ読んで、バッファのデータと比較する。
テープのデータが正しかったらバッファからデータが捨てられ、ハードディスクから新しいデータが読み込まれる。
トラックＡのデータが間違っていたら、次回もう一度書き込まれる。

⑤

書き込みヘッドＢはトラックＡに対して４０度の角度でデータを重ね書きする。
これによって、単位長さあたりの情報量が多くなる。
２つのヘッドが書き込んだビットは磁気の極性が異なり、読み出しヘッドはどちらも自分にとって正しい向きのデータしか読み出さない。従って、重ね書きしてもデータが間違って読まれる可能性はない。

⑥

読み出しヘッドＢと書き込みヘッドＢもＡのヘッドと同じ手順を踏み、ＡとＢが交替しながら全てのデータをバックアップする。
最後に、テープを巻き戻してテープの特殊先頭領域に記録したファイルのディレクトリを書き込む。

４．入出力デバイス

４－１．バス（ bus ）の仕組み

いろいろなバス

８ビットバス：拡張スロットやバス上の他の部品に対して、データが８本の並列データ線を通して送られる。（ＩＢＭ互換機）

１６ビットバス／ＩＳＡバス：拡張スロットのアダプタの種類によって、データが８本か１６本のデータ線が送られる。

ＥＩＳＡ／ＭＣＡバス：３２ビット専用のアダプタカードに対して、データが３２本のデータ線で送られる。ＭＣＡ拡張スロットでゃ、８ビットや１６ビットのアダプタカードは使えない。

拡張スロット（ extended slot ）：コンピュータの機能を拡張するためのカードを挿入できる細長い部分。

アダプタ（ adapter ）：カードがコンピュータに接触してデータをやり取りする部分。

アダプタカード：アダプタに挿入するカードの意味で、拡張カード、拡張ボードとも言う。

①

ＣＰＵその他の部品からの信号が何本かの平行した信号線（バス）を通る。
１つのアダプタカードに送られる信号も全てのアダプタカードが受け取る。

②

電源からの８本の線がアダプタカードに電力を供給する。電圧は線によって異なる。

③

ＣＰＵからの８～３２本の信号線がデータの送出に使われる。（データ線）
これらの線はデータの宛先がメモりチップ、表示アダプタ、或いはディスクコントローラ等に共通に使われる。

④

ＣＰＵからの２０本の線はデータの宛先のアドレスの情報を送る。（アドレス線）
どの拡張カードもＤＯＳが使用できる６４０ＫＢから１ＭＢまでのアドレスを使う。

⑤

残りの線は他の制御チップ（ I/Oコントローラ、メモリコントローラ）からの、メモリやそれぞれの入出力デバイスに対する命令用の制御信号を送るのに使われる。（制御線）

⑥

バス上の全てのアダプタカードは常に自分宛の制御信号を待つ。
例えば、出力信号が現れたら、I/Oデバイスはどれもこの信号を認識するが、メモリ回路はこれを認識しない。

⑦

I/Oアダプタは出力信号の次にアドレス線に注目する。
自分宛のアドレスでなければアダプタはデータ線で送られた信号を無視する。

⑧

アドレス線の信号が自分のアドレスと一致すると、アダプタはデータ線で送られてきたデータにより出力コマンドを実行する。

アダプタカード＝ I/Oデバイス（アダプタカードの１種）＝ I/Oアダプタ

４－２．キーボードの仕組み

静電型キーボード

①

押されたキーがスプリングを縮め、金属でできたプランジャが下がる。

プランジャ（ plunger ）：押し下げ棒

②

キーの下には互いに異なる電荷を蓄えたパッドと呼ばれる２つの接触していないコンデンサがある。
プランジャがこれら２つのパッドをつなげて、少量の電流がパッドがつながった回路に流れる。

パッド（ pad ）：詰め物の意味、ここでは電荷を蓄えたコンデンサの意味。

③

キーが戻るとプランジャが金属パッドから離れ、コンデンサの電荷の量が元に戻る。

接触型キーボード

①

キーを押すと気泡ゴムのドームがへこむ。

②

へこんだドームがプラスティックシートを押す。このプラスティックシートの底には金属面がついており、それがもう１枚のラスティックシートの金属面に接し、それぞれにつながった回路に電流が流れる。

③

キーが戻るとゴム製のドームが元の形に戻り、２枚のプラスティックシートが接触しなくなり電流が流れなくなる。

キーボードとスキャンコード

①

キーの種類に応じてそのキーにつながった回路に電流が流れる。

②

キーボードに内蔵されたマイクロプロセッサがキーにつながった回路を常に監視（スキャン）している。
キーが押されたとき電流は増加し、キーが離されたとき電流は減少する。プロセッサは両方を検出するので、キーが押されたときと離されたときが分かる。
どのキーにも独自のコード（数値）が割り当てられているので、プロセッサは左右のシフトキーを区別できる。
たまたま発生した電流の増減（ノイズ）と本物の信号を見分けるため、プロセッサはスキャンを毎秒数百回繰り返し、複数回のスキャンで検出された信号だけを相手にする。

マイクロプロセッサ（ MPU：Micro Processor Unit ）：CPUの事。

ノイズ（ noise ）：まわりの電気製品や電線から発せられる雑音。

③

どのキーの回路が信号をキーボードのマイクロプロセッサに届けたかに応じて、プロセッサはスキャンコードという数値を対応させる。
どのキーにも押されたときと離されたときの２つのスキャンコードがある。
プロセッサはこの値をキーボードのメモリバッファに入れ、同時にポートにその値と割り込み信号をおくる。

スキャンコード（ scan code ）：１６進数で４桁の数値（２バイト：２進数で１６桁）を各キーの押されたときと離されたときに割り当てる。

メモリバッファ（ memory buffer ）：バッファの意味は２つの間に立ってやわらげるもの（緩衝器）の意味である。ここでは、スキャンコードをBIOSに送る前に一時的に記憶させるメモリのことであり、CPUの手が空いたときに蓄えられたデータを送り込む。

ポート（ port ）：元来は港の意味であるが、コンピュータ用語としてはコンピュータのデータを外部に出す口のことである。ここでは、キーボードからのスキャンコードをコンピュータに送り込む口（コード）のことである。

割り込み信号（ interruption signal）：CPUが現在行っている仕事を中断させて要求されたサービス（この例では、キーボードからの仕事）に取りかかるように命じる信号の意味である。

④

BIOSがキーボードからスキャンコードを読み出し、キーボードに読み取った旨の信号を送り返す。
この信号で、バッファからスキャンコードを削除する。

⑤

スキャンコードが状態変更キー（シフトキー）か切り替えキーの場合、BIOSは特別なメモリ領域にこれらのキーのどれが押されたかを記録する。

状態変更キー（シフトキー）：CTRL、左SHIFT、右SHIFT、GRPH、等の押しながら他のキーを押して命令を出すキーのこと。

切り替えキー：CAPS、NUM、INS、等の押すことによってモードを切り替えるキーのこと。例えば、CAPSキーを押すことによって半角ローマ字は大文字が出力され、もう一度押せば小文字を出力する。

⑥

それ以外のキーの場合は、BIOSの特別メモリ領域に状態変更キーか切り替えキーが押されているかどうかを見て、今押されたキーと組み合わせて普通の文字コードかファンクションキーかを翻訳する。BIOSがこれらの文字コードをテキストVRAM領域と言うところに保存すると、OSは仕事の区切りの良いときにここから文字コードを取り出して画面に表示する。

ファンクションキー：f・1～ f・10で表されるキー（特殊な命令が割り当てられている）。

文字コード：ASCIIコードと呼ばれる。例えば、Aは６５に対応している。

４－３．画面表示の仕組み

デスクトップモニタ

①

画面表示アダプタカード（ビデオカード、グラフィックカードとも呼ばれる）がアプリケーションからのディジタル信号を受け取る。
アダプタカードはその信号をディジタルアナログコンバータ（DAC）という回路に通す。これは１つのチップであり、実際には光の３原色（赤、緑、青）に相当して３個のDACが入っている。

ディジタルアナログコンバータ（DAC：Digital Analog Converter）：ディジタル信号をアナログ信号に変換する回路。

②

DAC回路がディジタル信号を照合表と比較し、１ピクセルの色を表現する３原色の各電圧レベルを出す。

ピクセル（ pixel ）：コンピュータ用語で、画面の１画素（点）を意味する。

③

アダプタカードがモニタのCRTの後方にある３原色に相当する３つの電子銃に信号を送り、３つの電子銃にそれぞれの強さの電子ビームを発射させる。

CRT（ Cathode Ray Tube ）：陰極線管。

④

アダプタカードはCRTの電子ビームの方向を曲げる磁界偏向ヨークにも信号を送り、電子ビームを画面の端から端まで当てさせる。
この信号により、モニタの解像度とモニタのリフレッシュ速度が左右される。

磁界偏向ヨーク：ヨーク（ yoke ）は元は２等の牛の首をつなぐのに使う道具の意味であったが、ここでは電磁石の鉄芯のことである。

リフレッシュ速度：１画面が描き直される周期。

⑤

ビームはシャドウマスクという金属板の穴を通り抜ける。
この穴によって電子ビームはCRTのスクリーン上の標的に正確に当たる。

ドットピッチ（ Dot Pitch ）：画素の間隔の事。この値が小さいほど穴の密度は高くなり、画像が鮮明になる。

トリニトロン（ Trinitron ）：ソニーのシャドウマスク方式のこと。通常のシャドウマスクの穴は三角形であるが、トリニトロン方式は縦縞上に並んでいて端の部分も鮮明に形が表示される。

⑥

３つの電子銃から発射された電子はスクリーンの内側に塗布された３色の蛍光体にそれぞれ当たる。
電子が強く蛍光体に当たると蛍光体が出す光も強くなる。例えば、赤、緑、青のドットに同じ強さの電子ビームが当たると白く光るドットができる。従って、３本の電子銃のビームの強さを変えればいろいろな色を作れる。

⑦

電子ビームは画面を横に何回もなぞって（走査またはスキャンするという）一画面を描く。通常は１回水平になぞった後、直ぐその下をまた水平に走査する。この手順をラスタ走査という。

ラスタ走査：rasterはCRTの受像領域、即ち画面を描くことができる領域のことを意味する。

⑧

磁界偏向ヨークは電子ビームを曲げる角度を徐々に変え、スクリーンの左上隅から右下隅間での全体をなぞらえるようにする。
スクリーンは毎秒約６０回リフレッシュされる（描き直される）。

⑨

アダプタカードによっては１ライン置きにしか走査しない。これをインターレース（飛び越し走査）という。
インターレースの製品はアダプタカードの解像度は安価にできるが、画面がちらついて見えるようになる。

インターレース（ Interlace ）：織り混ぜる、組み合わせるの意味。

カラー液晶ディスプレイ

液晶ディスプレイは

発光パネル、横偏向フィルタ、液晶パネル、赤・緑・青のフィルタ、縦偏向フィルタ、ガラス

の順で構成されている。発光パネルからの光は、横偏向フィルタで横方向に偏向され、液晶パネルを通過しようとする。液晶パネルは、セル（格子）状になっており、各セルにコンピュータから電荷が与えられる。通過する光は、セルの電荷の量に応じて偏光の向きが回転される角度が大きくなる。このねじられた偏向した光は、赤・緑・青の各フィルタを通過する。最後にこの光は、縦偏向フィルタを通過するしなければならないが、ねじ曲げられた角度が９０度に近いほど強い光が出てくる。全くねじ曲げられなかった光は表面には出てこれず、その光が通過した色フィルタの色は結局最後には出てこないことになる。

４－４．シリアルポートの仕組み

シリアルポート

シリアルポートは通常ＲＳ２３２Ｃと呼ばれている規格に沿った２５本のピンを持ったポートである。

ポート：コンピュータに周辺機器を接続するときの接続部分。

シリアルの意味はデータ信号が、一度に１ビットずつしか送信されないことを意味する。このポートに接続する周辺機器は、モデムが一般的である。また、信号線の取り付け位置を逆にする（リバースケーブル）ことによって２台のパソコンを接続し、通信ソフトを使用して２台のパソコンの間で通信やデータの交換を行うことができる。

４－５．パラレルポートの仕組み

パラレルポート

パラレルポートは通常プリンタを接続するポートである。パラレルの意味はデータ信号が、一度に数ビット（１バイト＝８ビット）ずつ送信されることを意味する。

４－５．マウスの仕組み

機械式マウス

現在の機械式マウスは、マウスの底面から突き出ているゴム製のボールが移動方向に回転することによって、移動した方向と距離をコンピュータに伝える。

４－６．モデムの仕組み

モデム

①

コンピュータ上の通信ソフトが、モデムにＤＴＲ信号を送る。同時にコンピュータはモデムからＤＳＲ信号を検出する。コンピュータにモデムを接続して通信するときには必ずこの２つの信号がある。

通信ソフト：コンピュータ同士でデータのやり取りをするソフト。

モデム：コンピュータと電話線を接続する機械。コンピュータはディジタル信号、電話線はアナログ信号でやり取りするので、モデムはこれらの信号の変換を行う。コンピュータとモデムは２５ピンのＲＳ２３２Ｃケーブルで接続されている。

ＤＴＲ信号：Data Terminal Readyの略。Data Terminalとはコンピュータの意味である。即ち、ＤＴＲ信号はコンピュータが信号を送る準備ができたことをモデムに知らせる信号である。ピン２０がその役目を担う。

ＤＳＲ信号：Date Set Readyの略。モデムがデータを受信できる状態になったことをコンピュータに知らせる信号である。ピン６がその役目を担う。

②

通信ソフトは Hayesコマンドを用いてモデムに準備をさせ、相手側に電話を掛ける命令をする。

Hayesコマンド：アメリカの通信機器メーカHayes社が考案した通信コマンド言語。例えば、トーン信号で0424-69-9561に電話を掛けるには

ATDT 0424-69-9561

とする。

③

電話を掛けられた側のモデム（リモートモデム）が電話にでると、掛けた側のモデム（ローカルモデム）は挨拶の音を送り、リモートモデムは高い音で応える。

④

通信が確立したら、モデムがコンピュータ（通信ソフト）に安定した音のＣＤ信号を送る。

ＣＤ信号：Carrier Detectの略。信号を検知したの意味。

⑤

２つのモデムが、データを送る方法を互いに交換する。これをハンドシェイク（Handshake：握手）という。

通信速度：bps（bits per second）の単位が用いられ、毎秒何ビット送られるかを表す。３００、２４００、９６００、１４４００、１９２００、２８８００、３８４００ｂｐｓ等がある。

データビット：１つのデータの固まりの大きさ。７ビットか８ビット（＝１バイト）。

スタートビット／ストップビット：通常スタービットは１ビットと決まっており、ストップビットに、１か２ビットを選択する。

パリティビット：エラーを訂正する簡単な仕組みである。偶数か奇数パリティを選択する。例えば偶数パリティを選択したならば、スタートビットからストップビットまでのビットの列の１の数を勘定し、偶数個あれば０のビットを付加し、奇数個であれば１のビットを余分に付加する。

半２重／全２重：半２重は片方が信号を流しているときにはもう片方は待っている。全２重は両方が独立に信号を流し合う。片方が、半２重ならばもう片方は全２重でなければならない。

通常の設定：データビット＝８ビット、ストップビット＝１、パリティ無し

５．ネットワーク

５－１．ＬＡＮの仕組み

バスネットワーク

ＬＡＮ：Local Area Network局所通信網。

ＷＡＮ：Wide Area Network広域通信網。

Internet：これらを相互に接続した通信網。

①

全てのノードは共通の線からの枝としてネットワークに接続されている。
それぞれのノードのネットワークカードには専用のアドレスがついている。
ネットワークカードはＬＡＮにほかの信号が送られていないのを確認して、別のノードにトランシーバーを通してメッセージを送る。
各ノードには専用のトランシーバーがついている。

ノード：node 、節の意味。ここでは通信を行えるネットワークカードを備えたコンピュータやプリントサーバ（プリンターに装着した機械：多数のコンピュータからの印刷命令を順番に実行する。）を指す。

ネットワークカード：通常、イーサネットカード（ethernet card）とよばれるものであり、全世界の全てのカードが異なる８桁の１６進数の番号をアドレスとして持つ。

トランシーバー：tranceiver = transmitter/receiver送信／受信の意味のコンピュータ用語で、この機能を持つ部品のこと。

トークンリングネットワーク

①

全てのノードは共通の環状の線に接続されている。
このリングの中をトークンが常に巡回している。
各ノードのトークンリングアダプタカードは空きトークンが通過するときにその内容を読み出す。

トークン：tokenしるし、代用硬貨等の意味。ここでは、空き（リング上をデータが流れていないことを示す短いメッセージ）かメッセージを付加された信号の意味。

トークンリングアダプタカード：バスネットワークにおけるネットワークカードに類似するもの。違いは、トークンを監視でき、信号増幅用のリピーターがついている。

②

メッセージを送りたいノードはこの空きトークンをつかまえ、空きコードを使用中に変え、これに自分のメッセージと自分のアドレスと宛先のアドレス、エラーチェック用のコードをつける。
ネットワークを巡回できるのは一度に１つのメッセージだけである。
宛先のノードはメッセージをコピーして手元に置く。
最終的にメッセージは発信したノードに戻り、このノードはメッセージを取り除き、トークンを元の空き信号に戻す。

スターネットワーク

①

全てのノードは別々の線に接続されている。
どの線も同じハブにつながっている。
ノードがハブにメッセージを送る。これには、自分と宛先のアドレス、データとエラーチェック用のコードが入っている。
同時に複数のノードがメッセージを発信できる。
ハブはそれぞれのノードを監視し、スイッチを入れたり切ったりしながらメッセージが決して衝突しないようにする。
１つのノードがネットワークを独占しないように、ハブは一度にメッセージの一部しかスイッチを通過しないようにする。ほかのメッセージは自分の番が来るまでせき止められる。

ハブ：hub車輪の中心部分の意味。コンピュータ用語では上記に書かれたように各ノードを結びつけ、信号を制御しながら受け渡しを行う。最近流行のスイッチングハブは公称１０ＭＢ／ｓｅｃあるいは１００ＭＢ／ｓｅｃのデータ転送能力がある。

５－２．ネットワーク通信の仕組み

ネットワーク通信

ＩＳＯ（ International Organization for Standardization国際標準化機構）で決められたＯＳＩを使用する。

ＯＳＩ：Open Systems Interconnectionの略で、解放型システム間相互接続と訳されている。下位レベルから上位レベルまで７つの階層に分割してプロトコルやインターフェースを定義している。

プロトコル：protocol約束事、規約の意味。

インタフェース：１つのインタフェースではどういう処理を行うかが決められている。

７つの階層（上位から下位層へ）：アプリケーション層；プレゼンテーション層；セッション層；トランスポート層；ネットワーク層；データリンク層；物理層