%===================================================================== % 秋田高専 3E 電子計算機用テキスト % 記数法 % last updated 2004.4.10 % created by Masashi Yamamoto % e-mail yamamoto@akita-nct.jp %===================================================================== \documentclass[10pt,a4paper]{jarticle} \usepackage{graphicx,amsmath,amssymb,ascmac,float} \usepackage{html, listings, jlisting} \usepackage{slashbox} \oddsidemargin 0mm %左の余白 25.4mm-0mm　奇数ページ \evensidemargin 0mm %左の余白 25.4mm-0mm　偶数ページ \textwidth 160mm % \newcommand{\command}[1]{「\texttt{#1}」} \newcommand{\cl}[1]{\texttt{#1}} \newcommand{\tw}[1]{\texttt{#1}} % \newcounter{toi_num} \newcommand{\toi}{\textbf{\texttt [問\arabic{toi_num}]} \addtocounter{toi_num}{1}} \newcommand{\qbox}[1]{ {\fboxsep=2pt\fboxrule=0.4pt\fbox{\hspace{3mm}{#1}\hspace{3mm}}} } % \renewcommand{\lstlistingname}{リスト} \lstset{language=C,% basicstyle=\footnotesize,% commentstyle=\textit,% classoffset=1,% keywordstyle=\bfseries,% frame=tRBl,framesep=5pt,% showstringspaces=false,% numbers=left,stepnumber=1,numberstyle=\footnotesize% }% % \begin{htmlonly} \usepackage{verbatimfiles} \providecommand{\lstinputlisting}[2][]{\verbatimlisting{#2}} \end{htmlonly} % % \begin{document} \title{情報のコード化とCOMET IIでの文字の取り扱い} \date{2005年11月11日} \author{山本昌志\thanks{国立秋田工業高等専門学校　電気工学科}} \maketitle % %===================================================================== \section{前回の復習と本日の内容} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{前回の復習} %--------------------------------------------------------------------- 前回の講義内容は以下の通りで，教科書のP.9〜P.12に対応する．課題ができていれば， 十分である． % \begin{itemize} \item{COMET IIのメモリー} \item{負の数の表現方法(2の補数)を示した．} \end{itemize} % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{本日の内容} %--------------------------------------------------------------------- 本日の講義内容は以下の通りで，教科書のP.12〜14に対応する． % \begin{itemize} \item 情報のコード化 \item COMET IIの文字の取り扱い方 \item これまでのまとめ \end{itemize} % %===================================================================== \subsection{情報のコード化とメモリーへ格納} %===================================================================== 一般に，情報を記号によって表現することをコード化(符号化)と言う．表現されたも のをコード(符号)と呼ぶ．情報を表す記号は，何を使っても良いが，整数を使うのが最も 簡単であるし，コンピューターとの相性も良い． コンピューターは情報(データ)を加工する機械である．コンピューターで取り扱う情報は， 全てコード化されて，整数で表現される．数値あろうが文字であろうが，音や絵さえも整 数で表されるのである．整数で表すことができたら，2進数での取り扱いが可能となり， 論理回路で処理できるようになる．データを整数で表すことは，コンピューターを用いて の情報処理の第一歩となる． 整数にコード化された情報を処理するためには，その整数を記憶し，計算する必要があ る．記憶する役目を担っている装置がメモリーで，計算する役目を担っている装置がCPU である．ここでは，情報を整数にコード化して，それがメモリーに格納される様子を学習 する． 整数をコード化して，コンピューター(COMET II)のメモリーに格納する方法は，先週まで に学習した．例えば，図\ref{fig:memory_number}のようにである．これを見れば，整数 がコード化されて，それがメモリーに格納されることが分かるだろう． \begin{itemize} \item 符号無し整数の場合，整数そのものがコードになる． \item 符号付き整数の場合，2の補数にしたものがコードになる． \end{itemize} % \begin{figure}[hbtp] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio, scale=0.8]{figure/memory_number.eps} \caption{整数のコード化の例．コード化された整数が，メモリーに格納されている．データの'????'は不明を示す．} \label{fig:memory_number} \end{center} \end{figure} % この図を見て分かるように，COMET IIのメモリーの中では，符号無し整数の$(65535) _{10}$と符号付き整数の$(-1)_{10}$は，メモリーの内容は全く同じである．したがって， COMET IIでは，それら2つの値は全く区別できず，同じ値となってしまうのである．これ らの情報にはとても大きな違いがあり，これでは使い物にならない．コンピューターその ものは，アホでこれらの区別はできないが，実際のところプログラムがこれらを区別して いるのである．これらの値を処理するプログラムでは，符号の有無に区別して計算するの である．もちろん，この区別はプログラマー(人間)が決めなくてはならない．アホなプロ グラマーがアホなプログラムを書くと，アホなコンピューターはアホな処理しかしないの である． % %===================================================================== \section{COMET IIの文字の取り扱い} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{文字の取り扱い方} %--------------------------------------------------------------------- COMET IIで文字列をコード化するためには，JIS X0201ラテン文字・片仮名用8単位符号を 用いる(付録，教科書p.13の表2.3)．表を見て分かるように，この符号は各文字が8ビット の整数で表現されているだけである．たとえば， % \vspace{5mm} \\ \hspace{20mm} \begin{tabular}{ccc} 文字 & 2進数 & 16進数\\ ! & 00100001 & 21 \\ + & 00101011 & 2B \\ 3 & 00110011 & 33 \\ K & 01001011 & 4B \\ t & 01110100 & 74 \end{tabular} \vspace{5mm} \\ % のようになっている．次の問いに答えよ． % \begin{itemize} \item{このコードのビット数?．それは，何バイト?．} \item{このビット数で表現できる文字数は，いくつか?} \item{漢字やカタカナ，ひらがながある日本語の文字はこのビット数で表現できるか?} \end{itemize} % このコードでは，文字を8ビットで表すが，COMET IIは16ビット単位でデータを取り扱う． 一つのアドレスあたり2文字，格納することも考えられるが，そうすると1文字の取り扱い に困難をきたす．実際，COMET IIでは，上位8ビットを0にして，下位8ビットを使うと決 められている．それについては，教科書P.211の真ん中あたりの文字定数の部分に書いて ある． 文字がコード化されて，COMET IIのメモリーに格納される様子を図 \ref{fig:memory_Akita_kosen}に示す．メモリーのアドレス\tw{\#A000}から， \tw{'Akita kosen'}と文字が格納される様子が分かるだろう． % \begin{itemize} \item{図\ref{fig:memory_Akita_kosen}で，上位8ビットが0になっていること を確認せよ．} \end{itemize} % % \begin{figure}[hbtp] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio, scale=0.8]{figure/memory_Akita_kosen.eps} \caption{文字列のコード化の例．文字列\tw{'Akita kosen'}がコード化され，メモリーに格納されている．データの'????'は不明を示す．} \label{fig:memory_Akita_kosen} \end{center} \end{figure} % % %--------------------------------------------------------------------- \subsection{文字と数値の違い} %--------------------------------------------------------------------- 教科書に書いてある通り(P.14)． % %===================================================================== \section{これまでのまとめ} %===================================================================== コンピューターを構成する最も重要な要素は， \begin{itemize} \item{Central Processing Unit (CPU:中央処理装置)} \item{メインメモリー(main memory:主記憶装置)．単にメモリーと呼ぶことも 多い．} \end{itemize} である．これまでは，メインメモリーの中でのデータ(数値，文字)の格納方法を 学習した．次のようなことを理解していないと，次からわからなくなる． % \begin{itemize} \item COMET IIでは，16ビットを1ワード(1語)と言い，この単位でデータの 処理を行う． \item メモリーには，1ワード毎にアドレスが割り振られている． \item COMET IIでは，整数は16ビットで表現する．符号付整数は次のようにして表す(コー ド化する)． \begin{itemize} \item 正の整数はそのまま，16桁の2進数で(16ビット)で表す． \item 負の整数は，16ビットの2の補数で表す．2の補数への変換方法は以 下の通りである． \begin{enumerate} \item 絶対値を2進数で表して，ビット反転する． \item ビット反転した値に+1加算する． \end{enumerate} \end{itemize} \item{符号付き整数が表すことができる範囲は，以下の通りである．} \begin{itemize} \item{正の数の絶対値の最大値は，(0111 1111 1111 1111)$_2$ = (2$^{15}$-1)$_{10}$=(32767)$_{10}$} \item{負の数の絶対値の最大値は，(1000 0000 0000 0000)$_2$ である．これ は第15ビットが1なので負の数で，2の補数表示となっている．したがって， その絶対値を求めるためには，ビット反転を行い，1を加算すれ ばよい．すると，これは-(2$^{15}$)$_{10}$=-(32768)$_{10}$を 表すことが分かる．} \end{itemize} \item{符号無し整数の場合は，以下の通りである．} \begin{itemize} \item{表現可能な最小値は，(0000 0000 0000 0000)$_2$ = (0)$_{10}$である．} \item{表現可能な最大値は，(1111 1111 1111 1111)$_2$ = (2$^{16}$-1)$_{10}$=(65535)$_{10}$である．} \end{itemize} \item{数値と異なり，文字にはそれぞれ，番号をつけて区別(コード化)する．COMET II の文字のコード化は，規格 JIS X0201 ラテン文字・片仮名用8単位符 号をつかう．} \item{このコードは，8ビットなので，最大256文字しか使えない．数字とア ルファベットと片仮名と記号を表すのであれば十分である．漢字は，使え ない．} \item{COMET IIの1ワード16ビットに対して，文字は8ビットしかつかわない． COMET IIでは1ワードで1文字を表すため，16ビットのうち上位8ビット は0として，下位8ビットで1文字分を表す．例えば，アルファベッ トのYamaを表す場合，Yは(59)$_{16}$，aは(61)$_{16}$，mは (6D)$_{16}$，とコード化されるので，COMETのメモリーには，次 のように格納される．ただし，アドレスの実際の割り当ては，OSが決 める．} % \begin{figure}[h!] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio, scale=0.9]{figure/char_Yama.eps} \caption{文字列"Yama"のメモリーへの格納} \label{fig:char_Yama} \end{center} \end{figure} % \item{数値と文字では，メモリーの中身は異なる．例えば，数値の (9)$_{10}$と文字の"9"は，以下のようになる．文字の"9"は，JIS X0201では，(39)$_{16}$である．} % \begin{figure}[h!] \begin{center} \includegraphics[keepaspectratio, scale=0.9]{figure/char_int_9.eps} \caption{数値の(9)$_{10}$と文字"9"のメモリーへの格納} \label{fig:char_int_9} \end{center} \end{figure} % \item{メモリーの中身を見ると，それが数値なのか文字なのか，判断できない．命令毎 に数値を扱うのか，文字を扱うのか決まっている．これは，以降の学習で分かる．} \end{itemize} % %===================================================================== \section{課題(レポート)} %===================================================================== \setcounter{toi_num}{1} 以下のデータを格納せよ．ただし，データは，アドレスの\tw{B001}から格納される者と する． \begin{quote} \begin{itemize} \item[\toi] 文字列の"Keisanki" \item[\toi] 学籍番号(整数2桁)と自分の名字(ローマ字)．ただし，名字のアルファベッ トは大文字とする． \item[\toi] 文字列の"15AB"と16進整数の$(15AB)_{16}$ \end{itemize} \end{quote} % \begin{figure}[h] \begin{center} \begin{tabular}{cp{5mm}||c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||p{5mm}c} \multicolumn{1}{c}{アドレス} & \multicolumn{1}{c}{ } & \multicolumn{16}{c}{データ} & \multicolumn{1}{c}{ } & \multicolumn{1}{c}{データ} \\ \multicolumn{1}{c}{(16進数)} & \multicolumn{1}{c}{ } & \multicolumn{16}{c}{(2進数)} & \multicolumn{1}{c}{ } & \multicolumn{1}{c}{(16進数)} \\ % \texttt{AFFF} & & 1&0&0&1&1&1&1&1&0&1&0&1&1&0&1&0& & \texttt{9F5A} \\ \hline % \texttt{B000} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B001} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B002} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B003} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B004} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B005} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B006} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B007} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B008} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B009} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \texttt{B00A} & & & & & & & & & & & & & & & & & & & \texttt{} \\ \hline % \end{tabular} \caption{メモリー} \label{fig:memory_plus_integer} \end{center} \end{figure} %--------------------------------------------------------------------- \subsection{レポート提出要領} %--------------------------------------------------------------------- 提出方法は，次の通りとする． % \begin{quote} \begin{tabular}{ll} 期限 & 11月18日(金)PM1:00まで \\ 用紙 & A4 \\ 提出場所 & 山本研究室の入口のポスト \\ 表紙 & 表紙を1枚つけて，以下の項目を分かりやすく記述すること．\\ & \qquad 授業科目名「電子計算機」\\ & \qquad 課題名「課題4　メモリー中の文字の表現」\\ & \qquad 3E\quad 学籍番号\quad 氏名\\ & \qquad 提出日\\ 内容 & 問題の解答．\\ \end{tabular} \end{quote} % \newpage %===================================================================== \section{付録} %===================================================================== %--------------------------------------------------------------------- \subsection{JIS X0201} %--------------------------------------------------------------------- \begin{table}[H] \caption{JIS X0201コード表．A1〜A5の記号とカタカナは半角文字である．} \begin{small} \begin{ttfamily} \begin{center} \begin{tabular}{|c||c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline %--------------------------------------------- % 下位 & \multicolumn{16}{c|}{上位4ビット}\\ \cline{2-17} 4ビット & 0 & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & A & B & C & D & E & F \\ % \hline \hline %--------------------------------------------- % 0 & NUL & DEL & 間隔 & 0 & @ & P & ` & p & & & & - & タ & ミ & & \\ \hline 1 & SOH & DC1 & ! & 1 & A & Q & a & q & & & 。 & ア & チ & ム & & \\ \hline 2 & STX & DC2 & " & 2 & B & R & b & r & & & 「 & イ & ツ & メ & & \\ \hline %" 3 & ETX & DC3 & \# & 3 & C & S & c & s & & & 」 & ウ & テ & モ & & \\ \hline 4 & EOT & DC4 & \$ & 4 & D & T & d & t & & & 、 & エ & ト & ヤ & & \\ \hline 5 & ENQ & NAK & \% & 5 & E & U & e & u & & & ・ & オ & ナ & ユ & & \\ \hline 6 & ACK & SYN & \& & 6 & F & V & f & v & & & ヲ & カ & ニ & ヨ & & \\ \hline 7 & BEL & ETB & ' & 7 & G & W & g & w & & & ァ & キ & ヌ & ラ & & \\ \hline 8 & BS & CAN & ( & 8 & H & X & h & x & & & ィ & ク & ネ & リ & & \\ \hline 9 & HT & EM & ) & 9 & I & Y & i & y & & & ゥ & ケ & ノ & ル & & \\ \hline A & LF & SUM & * & : & J & Z & j & z & & & ェ & コ & ハ & レ & & \\ \hline B & VT & ESC & + & ; & K & [ & k & \{ & & & ォ & サ & ヒ & ロ & & \\ \hline C & FF & FS & , & < & L & \textbackslash & l & | & & & ャ & シ & フ & ワ & & \\ \hline D & CR & GS & - & = & M & ] & m & \} & & & ュ & ス & ヘ & ン & & \\ \hline E & SO & RS &. & > & N & \textasciicircum & n & \textasciitilde & & & ョ & セ & ホ & ゛ & & \\ \hline F & SI & US & / & ? & O & \_ & o & DEL & & & ッ & ソ & マ & ゜ & & \\ % \hline %--------------------------------------------- \end{tabular} \end{center} \end{ttfamily} \end{small} \end{table} % %===================================================================== \end{document}