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デバイスとは―意味とバスやインタフェース、デバイスドライバ、入出力装置の知識

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デバイスとはをテーマに、デバイスの英語の意味やバス、入出力インタフェース、デバイスドライバ、入出力装置の知識をまとめています。

目次

1. デバイスとは

2. デバイスの英語の意味

3. バス

4. 入出力デバイス

5. 入出力装置

もっと知識を広げるための参考

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1. デバイスとは

デバイスとは何でしょうか。 デバイスとは、たとえば、マウス、キーボード、プリンター、ディスクドライブ、ネットワークアダプターなど、さまざまな装置があげられます。 また、その他に、CPUや電源など、内蔵されている部品もデバイスに含まれます。 パソコンなどの端末でこれらのデバイスを使用するには、デバイスドライバーというソフトウェアをインストールする必要があります。

このように、コンピュータで言うデバイスとは、コンピューターに接続して使うあらゆるハードウェアのことを言います。 以下では、デバイスの意味をもう少し見てから、デバイスの知識を習得するため、バス、入出力インタフェース、デバイスドライバ、入出力装置についてまとめています。 情報処理の過去問も各節の間にありますので理解の確認も行ってみてください。

2. デバイスの英語の意味

デバイスは英語で「device」と記述します。 デバイスは英語の「device」にあたる言葉ですので、英語の意味を押さえておくと一般的な言葉の理解としては十分と思います。 今回はその言葉に含まれるコンピュータ部分の話になります。

デバイスの英語の意味(deviceの和訳)

デバイスの英語の意味は、以下のdeviceの和訳のとおりです。

  1. 装置、仕掛け
  2. 工夫、方策、手段、趣向

デバイスの英語の意味(deviceの英語の説明)

deviceの英語の説明です。

  1. an obuject or a piece of equipment that has been designed to do a particular job(特定の仕事をするように設計された対象物または装置)
  2. a bomb or weapon that will explode(爆発する爆弾や武器)
  3. a method of doing sth that produces a particular result or effect(特定の結果や効果をもたらす何かをする方法)

3. バス

バスは、コンピュータ内部でデータをやり取りするための伝送路です。 バスのシステムの構成には、命令の読込みとデータのアクセスを分離したハーバードアー キテクチャ、両者を分離せず同一のバスでアクセスするプリンストンアーキテクチャがあります。 外部データバス幅を制御するモードであるバスのアクセスモード、その動作、モードを指 定することによって、バス幅を指定できます。

バスの標準規格

バスの標準規格の種類と特徴を理解していきます。

USB

USBとは、Universal Serial Busの略で、パソコン用のシリアルインターフェースの規格です。 USBプラグコネクタの種類やWindows10のUSBのセレクティブサスペンドの設定など、USBとは?をテーマに初心者向けの解説をまとめています。

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4. 入出力デバイス

入出力インタフェース、デバイスドライバなど、入出力デバイスについて見ていきます。

入出力インタフェース

入出力インタフェースの種類と特徴など入出力インタフェースについて見ていきます。

入出力インタフェースの種類と特徴

入出力インタフェースの種類と特徴を見ていきます。

USB

USBは、ハブを介してパソコンなどに最大127台の機器をツリー上に接続でき、機器の接続を自動的に認識する機能(プラグ・アンド・プレイ機能)や、 パソコンや機器の電源を入れたままでコネクタの抜き差しが出来る機能(ホット・プラグ機能)を持ちます。 また、機器への電源供給も可能です。

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NFC

NFCは10cm程度の近距離での通信を行うものであり、ICカードやICタグのデータの読み書きに利用されています。

NFCに関連したIPA情報処理試験の過去問題

以下ではNFCに関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

データ転送の方式と接続形態

データ転送の方式と接続形態を見ていきます。

スター接続

スター接続は、ハブと呼ばれる集線装置を中心として、放射状に複数の通信機器を接続するLANの物理的な接続形態のことをいいます。

ポートリプリケータ

ポートリプリケータは、ノートPCやタブレット端末などに接続して利用する機能拡張用の機器です。 シリアルポートやパラレルポート、HDMI端子、LAN端子などの複数種類の接続端子があります。

データ転送の方式と接続形態に関連したIPA情報処理試験の過去問題

以下ではデータ転送の方式と接続形態に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

デバイスドライバ

デバイスドライバは、PCに接続されている周辺機器を制御、操作するためのソフトウェアです。

デバイスドライバに関連したIPA情報処理試験の過去問題

以下ではデバイスドライバに関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

5. 入出力装置

入力装置、出力装置、補助記憶装置の種類や具体例など入出力装置についてまとめています。

入力装置

入力装置とは、英語でinput deviceといい、コンピュータにデータを入力する装置のことを言います。 入力装置の役割は、コンピューターに指示やデータを入れることです。

入力装置の種類と例

入力装置には ポインティングデバイス(マウス、タッチパネル、タッチスクリーン、ジョイス ティック、トラックボール、デジタイザ、ペンタブレットほか)、 キーボード、 音声入力装置、画像入力装置(スキャナ、OCR、OMR、ディジタルカメラほか)、 生体認証装置、バーコード読取装置、磁気カード読取装置、IC カード読取装置、 A/D コンバータ などがあります。

主な入力装置の種類とその例をまとめていきます。

キーボード(keyboard)

キ―で指定した文字を入力する装置です。 人間の手によりコンピュータに文字や数字を直接入力する装置です。 コンソールやパソコン、端末装置などの入力装置として用います。

キー配列には、かな文字が使用できるJIS系配列(JISキーボード)と英数字専用のASCII系配列(ASCIIキーボード)の2種類があります。 両方とも基本的な英数字キ―配列について同じです。

このほか、主として数字などの入力に使うテンキーやプログラムで用途を指定できるファンクション・キ―、タブ・キ―などがあります。

光学式文字読取装置(Optical Character Reader : OCR)

光を当てて、反射光の強弱によって文字や符号を飲み取り、入力する装置です。 当初は、識別しやすい特殊な印刷文字やJISで規定されたOCR字体しか読み取れませんでしたが、現在では文字パターンの識別能力が向上し、手書きの文字でも十分に読み取れるようになりました。

光学マーク読取装置(Optical Mark Reader : OMR)

マークシート状の黒く塗りつぶしたマークによってデータを読み取り、入力する装置です。 マークシートには数字や文字が記載されており、入力したい部分を鉛筆などでマークします。

光学式読取装置との違いは、文字や数値のパターンを直接認識するのではなく、マークされた位置によって文字や数値を読み取る点です。 情報を読み取る原理は光学式文字読取装置と同じで、光の反射によりマークの有無を判断し、その位置の文字や数値などを入力します。 したがって、マークシートに汚れがあったり、折れていたりすると、読み取りを間違えたり、読み取りが出来なかったりします。

バーコード読取装置

製品情報をあらわすバーコードを読み込む装置です。 コンビニエンスストアやスーパーなどで使われているものです。 バーコードとしてはJANコードや2次元バーコードのQRコードなどよく見かけます。

さまざまな商品についているバーコードを読み取り、入力する装置です。 一般的に、バーコードを利用した会計処理では、単に商品の識別や精算だけでなく、これらの入力情報をもとに在庫管理や発注管理まで行われます。 バーコード読取装置には、次の3種類があります。

磁気カード読取装置

磁気カードから必要な情報を読み取り、入力する装置で、読み取る磁気カードによっていろいろな形態があります。 電車の自動改札機も磁気カード読取装置の一つです。 磁気カードは、紙やプラスチック製のカード社会といわれるように、磁気カードは現金に代わる支払方法として私たちの生活に広く行き渡っています。 磁気カード読取装置には、テレフォンカード、キャッシュカード、クレジットカード、自動改札の切符などがあります。

ICカード

半導体素子を埋め込んだカードです。 磁気カードの記憶容量を増やし、情報処理機能を埋め込んだICカードは通常の磁気カードよりもコストが高いですが、セキュリティや機能面で優れています。

ポインティングディバイス

ディスプレイ装置の画面上の位置情報を入力する装置の総称です。 コンピュータの利用範囲が広がるに従い、さまざまなポインティングデバイスが登場しています。

代表的なポインティングデバイスには、マウス、トラックボール、ジョイスティック、ライトペン、タッチパネルなどがあります。 いずれもキーボードのような操作のわずらわしさがなく、ディスプレイ装置の画面を見ながら誰でも簡単に入力できます。

マウス

グラフィックな画面表示、GUIでの代表的な入力機器の1つです。 マウスの移動によってデータを入力する装置です。

胴体を動かすことで底のボールまたは光が動いて、その動作を電気信号としてコンピューターに伝えることで動作します。 画面上には、現在の指示点を示すマウス・カーソルを任意の位置に移動させ、ボタンなどによって入力を行います。

今はあまり見かけませんが、コロコロで滑らす機械式マウス、光学式マウス、赤外線を用いた無線マウスなどいろいろあります。

タッチパネル

タッチパネル画面に手で触れて入力する装置です。 スマートフォン、電車の切符の券売機、銀行のATMなどで使われています。

タブレット

ペンを使って入力する装置です。 自由にイラストを描くときなどに使われます。 大型のものはデジタイザと呼ばれます。

イメージスキャナ

代表的な画像入力装置の1つです。画像を原稿からの反射光として読み取る装置です。 画像はドットで構成され、1インチあたりのドット数であるdpiで読み取り精度をあらわします。

紙面上の図形や写真データをファクシミリと同じ原理で読み取り、入力する装置です。 図形や写真に光を当て、画像に反射した色と光を小さな点の集合であるドットイメージに分解して、これの強弱を電気信号としてコンピュータに取り込む仕組みです。 紙面を固定しておき、読取装置を移動させるものを、特にイメージセンサといいます。

絵や画像などのアナログ情報をセンサーで読み取り、デジタル情報に変換してコンピュータに取り込みます。

薄くて平らな形状で、A4サイズが読み込める製品が主に家庭用などで利用されています。 他にも、ネガやポジといったフィルムからの読み込みを専用に行う、フィルム・スキャナなどもあります。

デジタイザ

平面状のパネルの図面をペンやカーソルでなぞることによって座標位置を検出し、この連続した座標情報から図形を入力する装置です。 図形を高精度で入力しなければならないCADに使用され、特に小型のものをタブレットと呼んでいます。

マイク

音声入力用マイクです。 デジタルカメラ同様、マイクを特殊なものにするのではなく、コンピュータに、対応するソフトウェアを導入することで使用します。

デジカメ

デジタルカメラもそうです。 画像を撮影してデジタルデータにする装置です。 CCDと呼ばれるセンサーによって、画像を作る方式が一般的です。 撮影した画像はJPEG形式で、SDカードなどの媒体に保存されます。

出力装置

出力装置は、コンピュータで処理されたデータを 取り出すための装置を言います。 プリンタやディスプレイが代表的ですが、このほかにも、 プロッタなど多くの出力装置があります。

コンピュータ内部で処理されたデータを人間が理解できる数値や文字、 図形、静止画、動画、音声などに変換して、出力する装置です。

出力装置の種類と例

主な出力装置の種類とその例をまとめていきます。

ディスプレイ装置

通常のコンピュータシステムでは、画面表示される入力データや処理結果をその場で確認しながら作業を進めます。

ディスプレイは、同じ画像を長時間にわたって映していると、その画像がディスプレイに焼きついてしまうことがあります。 スクリーンセーバは、コンピュータに、キーボードやマウスなどからの入力が一定時間内場合、アニメーションなどを表示します。

画面の大きさは、画面の対角線の長さで表示され、15インチ、17インチ、21インチなどがあります。 画面の解像度は1画面に表示できるドット数を(縦×横)の数値で表し、640×480、800×600、1024×768、1280×1024などがあります。 画面の解像度は年々高くなっていますが、システム開発の標準としては、1024×768を使用するところが多いようです。 中には800×600の解像度を念頭に置いた開発作業もあるようです。 表示内容はVRAM(Video RAM)という専用メモリに記憶されます。 このVRAM容量で解像度や色数が決まります。

なお、ディスプレイの種類にはいかのようなものがあります。

CRTディスプレイ

テレビと同じ構造のブラウン管を使った陰極線管ディスプレイ装置です。 電子銃から電子ビームを発射し、スクリーン内側の蛍光面に照射して発行させます。 偏光ヨークと呼ばれる電磁石でビームを曲げ、スクリーン全体を走査します。 走査方式には、1回ずつ交互に奇数ラインと偶数ラインを走査するインターレスと、毎回1本ずつ順番に走査するノンインターレスがあります。

液晶ディスプレイ

電卓、携帯電話などの表示画面に広く利用されているディスプレイ装置です。 材料に使われている液晶は電圧をかけると一方向に整列する性質があり、不透明から透明に変化します。 この性質を利用して、電圧の変化によって光を通すか、遮断するかを制御し、下面を表示します。

プラズマディスプレイ

プラズマディスプレイパネルは、2枚のガラスの間でガス放電をさせ、ガラスに塗布した蛍光材を発行させる仕組みのディスプレイです。

2枚のガラス基盤の間にヘリウムやネオンなどのガスを封入し、高電圧をかけて放電することで発光します。 コントラストが高く視野角が広い、高電圧が必要、壁掛けテレビに応用される、といった特徴があります。

ELディスプレイ

電圧をかけると発光する物質を使った表示装置です。 低電力で高い輝度を得ることが出来ます。 硫化亜鉛などの無機物を使ったものを無機ELディスプレイ、ジアミンルイなどの有機物を使ったものを有機ELディスプレイといいます。

アンチエイリアシング

アンチエイリアシングは、液晶ディスプレイなどの表示装置において、傾いた直線の境界を滑らかに表示する手法です。

ディスプレイ装置に関連したIPA情報処理試験の過去問題

以下ではディスプレイ装置に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

プロジェクター

プロジェクターは、ディスプレイ装置の一種です。 画像イメージやビデオの映像を大きなスクリーンに投影して表示する装置です。

プリンタ

プリンタとは、コンピュータ上で作成した文字データや画像データ、図形データなどを紙やOHPシートなどに印刷する装置であり出力デバイスでもあります。 プリンターの種類や種類やRaw、LPRなどのプロトコルの知識をまとめています。

詳細

スピーカ

コンピュータ内蔵のものや外部に接続するものがあります。

補助記憶装置

補助記憶は、主記憶以外の記憶装置です。 代表的な補助記憶装置や平均アクセス時間の計算方法についてみていきます。

補助記憶装置の種類と例

補助記憶装置の種類には、ハードディスク装置、SSD(ソリッドステートドライブ)、SD/SDHC/SDXCカード、CD-R/RWドライブ、ブルーレイドライブ、DVD-R/RWドライブ、磁気テープ装置などがあります。

補助記憶の種類には、フラッシュメモリ、磁気ディスク、光ディスクなどがあります。 各補助記憶を扱う補助記憶装置の特徴について見ていきます。(光磁気ディスクや磁気テープもありますが割愛しています。)

フラッシュメモリ

フラッシュメモリについて見ていきます。

SSD(Solid State Drive)

ハードディスクと同じ外観、IFでハードディスクのように動作し、ハードディスクの代わりに使えるメモリー装置です。 記憶媒体にフラッシュメモリーを使用しているので、モーターやヘッドのような機械的な可動部品がないため、消費電力が低く、軽量で、しかも高速です。 また、耐衝撃性にも優れていています。HDDよりも高価ですが、普及して以降はHDDよりも値下がりのペースが速く、PCのHDD時代は終わりを迎えつつあります。

SDXC

SDXCは、SDメモリカードの上位規格の一つです。 物理的な寸法は旧来のSDメモリーカード規格と同一でSDXC対応機器でSD/SDHCメモリーカードを扱うことができます。 ファイルシステムにexFATを採用し、最大2Tバイトの容量に対応できるという特徴があります。

磁気ディスク

磁気ディスクについて見ていきます。

HDD(Hard disk drive:ハードディスクドライブ)

ハードディスクは、磁気ディスクの一種ですが、このハードディスクの読書きを行う装置がHDDです。 特徴として、磁性体を塗布した円盤を高速回転し、磁気ヘッドを移動することで、情報を記録し読み出す記憶装置です。

光ディスク

光ディスクについて見ていきます。

光ディスクドライブ(Optical Disk Drive:ODD)

CDやDVD、ブルーレイなど、データの光ディスクの読み書きに使用する装置です。 記録された情報の読み出しにレーザー光など、光を利用する補助記憶装置です。

光ディスクのデータ記録方式

光ディスクのデータ記録方式について見ていきます。

ハードディスクの記憶容量の計算

ハードディスクの記憶容量は、単位あたりの容量や枚数をかけることによって求めることが出来ます。

500バイトのセクタ8個を1ブロックとして、ブロック単位でファイルの領域を割り当てて管理しているシステムで 2000バイトおよび9000バイトのファイルを保存するとき、ディレクトリなどの管理情報が占めるセクタは考慮しないものとして、これら二つのファイルに割り当てられるセクタ数の合計を求めてみます。

この場合、1ブロックは、500×8=4000バイトである点に注意します。

  1. 2000バイトのファイルは、1ブロック4000バイトなので、1ブロックで記憶できます。
  2. 9000バイトのファイルは、1ブロック4000バイトなので、3ブロック必要です。
  3. 1と2より、1+3=4ブロック必要になります。

1ブロックはセクタ8個ですから、4×8=32セクタとなります。

磁気ディスクのアクセス時間の計算式

磁気ディスクのアクセス時間は、以下の計算式で求めます。

アクセス時間=平均シーク時間+平均回転待ち時間+データ÷データ転送速度

補助記憶装置に関連したIPA情報処理試験の過去問題

以下では補助記憶装置に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

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