情報技術科ここだけトピックス

論理演算での法則として「ド・モルガンの法則」があります。

A猫好き　B犬好き　としたとき、｛（　A　と　B　どちらかでもあてはまる人　）ではない人　｝は、｛（　Aではない人　）と（　Bではない人　）どちらもあてはまる人　｝と同じ人たちを指すことになります。※図上段の関係式

もう一つの関係式として、｛（猫犬どっちも好き）ではない人　｝と｛猫好きではない人　と　犬好きではない人　どちらかでもあてはまる人　｝は同じことになります。※図下段の関係式

コンピュータの分野では様々な論理関係式が回路設計上の簡略化にも活用されます。

一部教育分野でも同様の言葉があるようですが、コンピュータシステムにおいては処理を2つの同じシステムに実行させるシステム形態を指します。

実行結果を検証するために、それぞれのシステムの結果を照合しながら稼働するものです。

構成上同じ処理をするシステムが複数あるので、もし一つが故障してもそれを切り離して動作し続けられれば処理は止まらずに済むとも考えられます。そのためシステム全体のコストは高いですが障害対策としても活用できます。

システム故障の対策として同様の予備システムを用意して、いざというときに切り替える仕組みをデュプレックスシステムといいます。（予備機が稼働状態で待機するホットスタンバイと、稼働させずに予備機を準備しておくコールドスタンバイがあります）

もしもの故障で予備システムへの切り替えがうまくいったとしても、システムの切り替えから予備システム稼働の最中は、後が無い動作状態ともいえます。実社会で万が一にでも停止してはならないシステムであればさらなる工夫が必要です。 

システム開発の流れを切り分けるとき、システムの全体仕様を決める要件定義と、そのシステムの見た目や他へのデータ形式や流れなど、対外的な部分の仕様を決める段階になります。

　『要件定義』→『外部設計』→内部設計→・・・

実際の開発現場では「基本設計」や「〇〇設計」であったり、要件定義に一部含まれたり呼び方は様々です。

顧客の要望を確認して進むので、最も重要なのは、相手の求めることの理解と、設計書など文書作成も含めた伝えるためのコミュニケーション能力といえます。

トランプやUN〇のようなカードゲームで特別な効果を持つカードを指しますが，コンピュータ操作では複数のファイルやデータを指定するために活用する特殊な文字のことになります。

Windowsのコマンド操作では「?」が1文字分，「*」が0文字以上の任意の文字列をあらわします。たとえば図のデータに対して「*ka*」で操作する場合，「mikan」「ponkan」「suika」が該当することになります。

※OSやアプリケーションによりワイルドカードの種類は異なります。

USBメモリなど、わざわざ本体電源を切らなくても付けたり外したりできると思います。電源を入れたまま、本体が起動状態で機器の脱着ができることをいいます。（ホットプラグとも称される）

機器のメンテナンスで部品を交換したい場合、多くの人が利用するサーバは常に使えているほうがよいので、個人向けのパソコンより様々な部分（電源部分など）がホットスワップに対応していることがあります。

「あい とりぷる いー」と読みます。この組織の「IEEE Standards Associasion」という部門で様々な規格が策定されています。国際標準として規格が扱われているので、様々なメーカーの製品や国を越えての製品利用が相互に可能になります。

国際標準のための組織はいくつかありますが、無線LANのIEEE802.11acなどコンピュータについて知る上で多くの規格名を目にすることがあるはずです。

IEEE規格検索(英)

IEEE標準化について（日本語PDF約3MB）－IEEEジャパンオフィス

「１」と表記表示されたとき、人間はただ「いち」として扱うだけですが、コンピュータにとっては『文字データ』か『数値』なのかによって内部での表現が大きく変わります。

コンピュータは「１」を『文字データ』であれば２進数表現で「００１１０００１」※(ASCIIまたはJISなどの文字コード)。「１」を『数値』であれば２進数表現で「０００００００１」と扱います。

外部から入力データを得るときなど、どのようなデータでどのような形式なのか。気を付けなければならないことが多くあります。

コンピュータのメインメモリとして、スマホも含めて製品仕様表などに「メモリ：〇〇GB」と記載されているメモリの種類になります。

Dynamic Random Access Memory の略で、特徴としては、構造にコンデンサを用いているのでデータを保持するために通電させておくだけでなく、常にリフレッシュ動作が必要になります。通電させておけば保持していられるSRAMもありますがDRAMは比較的安価に大容量化できます。

人間の記憶も、一度見てずっと覚えていることは少ないと思います。しっかり覚えておくためにはDRAMのように何度も繰り返していきましょう。

機器を使用するとき先ずは電源操作しますが、電源ONを「電源を入れる」、電源OFFをよく「電源を切る」「落とす」とも言ったりします。一般的にも言うことが多いので「電源落として～」「電源切っといて～」といわれて、いきなり機器を机から落としたりケーブルを実際に切断したりする人はもういないと思います。

コンピュータの多くは様々なソフトウェアが動作しているので、正しい「シャットダウン」手順で電源OFFしましょう。

ITパスポート試験の略称でＩパスといったり、パスワード入力のことを口頭ではパス入れて～と言ったりもしますが、ここではファイルやフォルダの構造のことを説明します。

スマホだけを扱っている場合は意識しづらいですが、パソコン操作やソフトウェア開発をするときには様々なファイルの位置関係を意識しなければなりません。

ファイルやフォルダの位置関係を表す文字列をパスと呼びます。Windowsを例とすれば、ドライブ名「C:」に続いて「¥」で区切られたフォルダ名が続きます。

一般には公園によくある砂場です。

セキュリティの重要性とともにIT用語として使われ始めました。マルウェアなど疑わしいプラグラムの確認（検疫）を安全に実行する仮想環境などを指します。

ゲームジャンルでも箱庭のように一つの世界をつくりあげるタイプを指しているようです。

お店に繰り返し来てくれる人・・・ではなく、コンピュータネットワークにおいてある機器（機能）を指します。

電気信号や電波は離れるほど減衰して正しく伝わらなくなってしまいます。そこで、リピータを使い信号を増幅してその先まで中継することができます。リピータ「ハブ」の場合には接続端末すべてに信号を伝送する装置になります。

オンラインで処理される銀行システムやチケット発行など、不具合でお金につじつまが合わない結果が発生することは許されません。

データベースシステムでは、一連のデータ処理（トランザクション）が確実にできる機構を備える必要があり、処理の成功をコミット、失敗をアボートと呼びます。基本的に一連の処理後に、さらに「コミット処理」という正常に一連の作業がなされているかの処理がなされ「コミット済」ではじめてデータ確定となります。データ処理中はもちろんコミット処理中でも異常があればすべて「アボート処理」に入り、さらに「アボート済」でデータ更新なされていない状況に戻ります（ロールバック）。

ニーモニック（ニモニック）コードという言葉はアセンブリ言語を扱うときによく出てきますが、アセンブリ言語にかかわらず意味が連想できる英数字や記号の組合せをコードとして割り当てる方式のことです。（表意コードともいう）

アセンブリ言語は数値のみの機械語をLDやADDなど動作の略語で対応させたものですが、身近なところでWebサイトのアドレスでも、「～.jp」「～.uk」「～.us」のように国名から略してつけられています。

一時期流行ったKY（空気読めない）などの略語も当時としては、日常の一言をコード化したニーモニックといえるかもしれません。

アルコールなどすぐ蒸発して揮発性が高いといいますね。でもコンピュータ分野では記憶装置であるメモリに関する用語になります。

通電していないとデータが消える揮発性メモリ（DRAMやSRAMなど）と、電源が切れてもデータが消えない不揮発性メモリ（EEPROMやフラッシュメモリなど）があります。CPUなど処理の中枢に近い部分には揮発性メモリが、所謂USBメモリなど保管したり持ち歩いたりするものは不揮発性メモリが現在使われています。

どんなコンピュータでもOSをはじめ幾つものプログラムが動作して成り立っています。そしてCPUの作業単位をタスクといいます。

細かいタスクを優先順位などでOSが管理する形式をプリエンプティブといいます。タスクは「実行状態」と、CPUの順番を待つ「実行可能状態」と、入出力などを待つ「待ち状態」としてOSに管理されます。優先順位の高いタスクが発生すると実行状態でも一旦に実行可能状態になり（プリエンプション）、先のタスクが終わって実行可能状態から実行状態になります（ディスパッチ）。

これに対し、個々のプログラム基準でタスク実行から離れるか待ち状態で順次タスクが実行される形式をノンプリエンプティブといいます。

排他的論理和（Exclusive OR）は入力の０・１の組み合わせが異なるときに１を出力します。見方をかえると、入力の片方が０なら一方の信号をスルー、片方が１ならもう一方の信号を反転します。

常に反転するNOTと違い、必要なときだけ反転させたりビット列の特定部分だけを反転できます。電子素子でも実装できるので高速な処理やプログラミングの演算としても四則演算とは異なる結果が得られるので様々な活用が考えられます。実際には通信データの誤り検出などに使われています。

１０÷０＝？

数学的には不定や計算不能などありますが、プログラミングでも計算するデータ型によって違う結果が得られたり計算不能としてエラーが返されたりします。重要なシステムに限らず、突然止まったりとんでもない結果が返ってきたら困ります。より安定した動作実現のために、除算する変数をチェックしたり例外処理を組み込んだりすることが重要になります。

（プログラミング言語や変数の型によって結果が異なることも是非試してみましょう）

プログラムなどでディスプレイ画面で見る「色」を指定する場合、基本的に光を合わせて表示するので加法混色(additive mixture)が用いられます。Red,Green,Blueの3色の組み合わせで表現します。多くの場合、各色8ビット（256段階）であらわしますが、3色の値が少ないほど黒に近づいて大きくなるほど白に近づきます。（3色×256段階=1677万7216種類の色が表現できる）

　16進数で各色を連ねた「カラーコード」という表記がWebページでよく扱われます。黒(black)なら#000000，赤(red)なら#ff0000，紫(purple)なら#800080 になります。「カラーコード」などで検索すると色と数値の対応が紹介されたページが多くあります。

COBOL(COmmon Business Oriented Language)は1959年に開発されたプログラミング言語です。この言語で新たにシステム開発が行われることは無いかもしれません。

役割別に4つの部(DIVISION)とさらに節(SECTION)で構成されていて高い可読性があります。コード内で帳票入出力の設計がしやすいなど、非常に事務処理に特化しています。

（画像は https://paiza.io で給与算出を想定してコードを作成したものです。正式には何を何文字目から記述するかについて決まりがあります。）

スマホやパソコンなどインターネット経由で動画を見るときによくお世話になるコーデックです。テレビの地上デジタル放送やDVDビデオは主にMPEG-2が使われています（ワンセグ放送やBlu-rayDiscビデオはMPEG-4）。MPEG-2でもかなりのデータ圧縮（元データに比べ10分の1など）が行われていますが、MPEG-4では更に倍程度のデータ圧縮率が実現されています。

人工知能といわれますが、研究者の中でも何をもって人工知能といえるかは分かれています。巷で「AI搭載」などといっても様々な技術で特定の状況でそれっぽく動かせていることが現状だともいえます。シンギュラリティという言葉で人工知能の進化を掲げる研究者がいて、その後（今まで無理であった一部の）特定のことであれば人間を超えて結果を出すことができていて、技術開発は盛んに行われています。

AI技術はツールであり、本格的にコンピュータプログラミングや数学に携わる人間がそのツールに踊らされることのないように、使う立場になりましょう。

※人工知能に関しては理解が変わることが想定されるものです。この内容は2020.4現在のものです。

コンピュータウィルスは 自己伝染機能、潜伏機能、発病機能を一つ以上有する有害なソフトを指し、メール添付ファイルの開封やインターネットからのダウンロードなど人の操作で動作するものや、コンピュータや特定のソフトが起動していれば勝手に介入するものなど様々なものがあります。

※サイバーセキュリティ.com 、通商産業省1995参照。ウィルス対策ソフトメーカなどでさらに細かく示されてもいます。

様々な形態があれど、セキュリティ対策には「アップデート」とメール添付・ブラウザなどの「操作やパソコン自体の動作変化に注意する」ことができれば非常に効果的です。

液晶ディスプレイ（Licuid Cryctal Display）のことです。見かけなくなったプラズマ形式やブラウン管でもなく、素子が発光する有機ELでもなく、バックライトに対して液晶の電気特性の偏光を活用して表示する装置全般のことを指します。

もともとはイカの内臓物質から応用されたとも（そうではないという書籍もあると）言われていますが、何が応用できるか試行錯誤の上に実を結び、2020現在最も多く利用されている表示装置です。

という、特定のプログラミング言語があるわけではありません。

どちらもコンピュータが直接実行できる機械語に翻訳されますが、プログラムの実行形態として機械語で記述された実行ファイルにしてから実行させるコンパイラ言語と、そのプログラミング言語で書かれた（ソース）ファイルを１ステップごと翻訳実行するインタプリタ言語に大別されます。

他にも○○言語といいながら特定のプログラミング言語ではない呼び名がありますので注意しましょう。

プログラムのコーディングをするとき、見返したり他の人が理解しやすくするためにもコードの説明を加えておくことが望ましいです。コード中に日本語でも英語でもいきなり説明文を書くとエラーになってしまうのでそれぞれのプログラミング言語には処理と関係なくするための記述方法があります。

C言語であれば //２つのスラッシュ以降の改行まで部分はコメント

または /*スラッシュとアスタリスクで囲んだ部分がコメント*/

説明だけでなく、試行錯誤しているとき元コードを残すためにも使えます。（コメントアウト）

最近は、家電製品の調子が悪いときに「たたくと直る」ことは少なくなったような気がしますが、まだ慣れていない生徒の製作物はたたくと動作が変わることがよくあります。基本的にこれはすべてはんだ付け不良によるものです。

よいはんだ付けのためには、汚れや錆に気をつけて接合部が馴染むための十分な熱しが重要です。

（※はんだ作業のときは安全のため眼鏡かゴーグルをしていることが望ましいです）

stackという言葉には積み重ねられた干草などありますが、コンピュータ分野では最後に入れたものから取り出せる（LIFO：Last-In First-Out）データ構造のことを指します。

身近な例ではブラウザ履歴で戻る進むことや画像編集時などのUndo機能の記録構造はスタックです。

ものが故障するまで正常に使えている時間をMTTF（Mean Time To Failure）と呼び、「故障までの稼働時間の合計÷故障件数」で算出できます。　例：故障３件、稼働時間各１２０時間、１００時間、１４０時間　ならば　MTTFは１２０時間となります。

電球などの製品に寿命として示される時間はそれぞれ算出方法も異なり、さらに実際には電球スタンドなどに組み込まれて使用されるので他の箇所の故障も考えられ、指標としてもあいまいになりがちです。

基本情報処理技術者試験等ではMTTR：平均修理時間、MTBF：正常稼動から故障までの平均故障間隔　が主に用いられ、システムの稼働率を求めます。

パソコンはCPUやメモリ、各種ドライブ、拡張カード、電源、入出力装置で構成されます。各種装置はマザーボード（メインボードまたはロジックボードとも呼ぶ）のスロットやソケット、コネクタに接続されます。最近はCPUが直接制御する部分も出てきましたが、多くの場合マザーボード上の「チップセット」が装置間の管理・制御をしています。

形状は違えど、ノートパソコンやスマホも同様の仕組みです。

システム開発は、エディタやコンパイラ、リンカ、デバッガなど様々なソフトウェアが必要で、さらに動作対象のマイコンやOS、プラットフォームによって対応したものが必要になる。これらがまとめられて提供されているものをIDE(Integrated Development Environment)：統合開発環境 といいます。

開発環境の準備や開発自体が容易になりますが、IDEによっては独自のデータ形式になることも多いので作業ファイルの取り扱いに注意が必要です。

コンピュータの処理を司るCPUでは、常に様々な命令が実行されています。

CPU　←　プログラム

基本的にはCPUの種類ごとに命令の内容は異なりますが、どのような処理や制御をさせるかという「命令」と、どんなデータを指定するかという「オペランド」がセットで構成されます。

オペランドは基本的にCPUが高速にアクセスできるレジスタか、多くの作業データを置けるメインメモリのアドレスになります。

販売時点情報管理（Point of sales - system）を意味します。

コンビニやスーパーでは支払いする所にレジ端末を置いて、バックヤードのコンピュータが商品価格などの情報を蓄積しています。今では様々な機能が連携されたり、アプリとしてスマホをPOSレジとして活用することもできるようです。

 商品コードから価格を求めて、販売した記録をつけ、必要に応じ集計情報を出すことが基本です。基礎的なプログラミングができればもう作れますね。データ管理をより本格的に扱うならばSQLなども必要になります。

実現させたい機能などを、実際の電子回路の設計のために０／１のような論理的動作で考えることができます。

入力がすべて１のとき１を出力するＡＮＤ回路

入力がひとつでも１のとき１を出力するＯＲ回路

入力が１なら０、０なら１を出力するＮＯＴ回路

論理的には上記３つを組み合わせたＮＡＮＤ，ＮＯＲ，ＥＸＯＲがあります。

たとえば異なるデータを切り替えたい場合、次のように論理回路を組み合わせることで実現できることが考えられます。（論理回路に付く白丸はＮＯＴの意味）さらに電子部品や電気的な事象を勘案して製作に至ります。

RAID（Redundant Array of Independent Disk）は複数の記憶媒体を用いて、基本的にはディスクの故障に対してもデータを守るための仕組みです。※もともとのⅠは「Inexpensive」のⅠです。

RAIDは仕組みによりレベル番号がついています。データを２つの記憶媒体どちらにも同じく書き込むミラーリング。データを複数の記憶媒体に分けて並列で読書きするストライピング。データ復元のためのパリティ算出。これらが組み合わされて実現されてます。

例えばRAID-5は3台以上のディスクで構成され、ストライピングとパリティを組み合わせて1台の故障ならデータが守られます。※ストライピングのみのRAID-0は故障率も上がり、データを守れません。

 家電や充電器などをつなげて日々使っていると思いますが、家庭用コンセントはどんな電源でしょうか。さらに直接機器にセットする乾電池はどんな電源ですか。

スマホをはじめコンピュータの電子回路は基本的に数[V]の一定電圧で動作します。

直流・交流、電圧が異なる電源で動作させるためにはどうしたらよいか、詳しくは工業技術基礎の教科書を見てみましょう。

コンピュータは電気的なＯＮ／ＯＦＦで動くため、１／０で数を表す２進数が基本となります。

２の乗数の組み合わせで表すので、小数も２進数で表現できます。小数点以下の場合は、２分の１（２の－１乗）、４分の１（２の－２乗）、８分の１（２の－３乗）・・・といった重みの値になります。

では、２進数の（１０１．０１０１）は１０進数ではいくつでしょう。

コンピュータは電気的なＯＮ／ＯＦＦで動くため、１／０で数を表す２進数が基本となります。

２の乗数の組み合わせで表すので、実際には１（２の０乗）から始まり、２（２の１乗）、４（２の２乗）、８（２の３乗）・・・という値の組み合わせになります。

では１０進数の１００（ひゃく）は２進数で表すとどうなるでしょう。

CODEC（コーデック）は動画や音声を扱うときによく出てきます。

音楽であれば、実際に演奏されている音をマイクから取り込んだのち、例えばMP3という形式にのっとってコンピュータのデータに変換（符号化）する「Coder」（enCoderともいう）と、保存などされたMP3形式のデータをスピーカーで再生させるための周波数信号に変換（復号化）する「Decoder」がセットになります。※「Compression／Decompression」（圧縮／伸長）の場合もあります。

ソフトウェアだけでなくハードウェアでもいくつかのCODECが実現されていますが、基本的にはプレイヤープログラムがCODECを利用しデータの再生をしています。

サイコロをふってでる目のように、不規則な動きをさせてみたい。

C言語にはランダムな値を得るしくみとして、rand( )と初期化のためのsrand( )関数があります。rand( )だけではいつも同じ順番に数が得られてしまうのでsrand( )に現時刻を与えることで不規則な値を得るように見せかけることができます。

基本的にC言語など多くのプログラミング言語で準備されている乱数の仕組みは疑似的なものなので、疑似乱数と呼びます。

小さな数を表す接頭辞（接頭語）としては、
m（ミリ）=10^-3=0.001　※千分の１
μ（マイクロ）=10^-6＝0.000001　※百万分の１
n（ナノ）=10^-9=0.000000001　※十憶分の１
p（ピコ）=10^-12=0.000000000001　※一兆分の１
f（フェムト）=10^-15=0.000000000000001　※千兆分の１
・・・と続きます。
たとえば通信時間１ms（ミリ秒）なら 0.001s（秒）という換算になります。

あるCPUが2GHz動作で足し算に4クロックかかる場合
　4÷(2×10⁹) = 2×10^‐9 
なので処理時間は 2ns（十億分の2秒）と考えられます。

「かぎゃくあっしゅくとひかぎゃくあっしゅく」早口言葉ではありません。

様々な手法でデータ量を小さくすることを圧縮といいます。その中で、圧縮後に元と同じデータが再生できる手法は可逆(Lossless)、圧縮後の再生データは元と異なる手法が非可逆(Lossy)に分けられ、非可逆は多くの場合圧縮率が高くなります。

元に戻せないと困る文書等には可逆圧縮を用いて、画像や音声は人間の感覚で気づかない部分もあるため非可逆圧縮でデータ量を大幅に削減して活用されています。

数値を2の倍数（…2¹,2⁰,2^-1,2^-2…）の組み合わせで扱う場合、10進数の 0.01 は切りよく表せません。

例えばプログラムのつくり方によっては、0.01を1万回足すと100.00のはずが100.002953、100万回足すと10000.00のはずが9865.223633が出ます。（同じ値を足しているのに増えたり減ったりします。なぜか考えてみましょう）

銀行の利息や商品の税額計算で、あるべき値が出ていなかったら大きなトラブルになってしまいますね。

 ※プログラミング言語によっても幾つかの内部表現方法があります。今回の値の変化は「https://paiza.io/ja」のC言語で出力したものです。

インターネット上の端末はIPアドレスで識別されます。

しかし、ブラウザでWebページを閲覧するときなど「 https://nsg-h.spec.ed.jp/ 」のように、文字列で指定できるようにするしくみがDNS（Domain Name System）です。

DNSサーバがいくつもあり、インターネット上の「名前」と「IPアドレス」の対応を管理しています。

「OR」は、論理演算の論理和（オア）だけでなく、オペレーションリサーチ（オーアール）という分野としても表記として出てきます。

あることがらを よりよいものにするために、「なんとなく」ではなく「定量的」に分析,管理,評価することになります。

たとえば、100個のシュウマイ弁当を製造するために必要な豚肉の量は何グラムか。ある地点Xから〇地点を経由して地点Yに行く最短経路は？　などに対して、勘ではなく数学的に分析し最善策を導くこともORの一つです。

ORのように定量的に考えることで、様々なことをプログラムで実現（自動化）することにもつながります。

インフラ（インフラストラクチャー：infrastructure）というと、道路や電気,ガス,水道,自治会といった、社会や生活の基盤を指します。

情報技術としてスマホのインフラを考えた場合、通信の機器や通信路、機器の電源となる電柱電線発電設備、様々な規格や法整備に関する団体も考えられます。

多くの人が現在スマホを使っていますが、いつでもどこでも使えていることは決して当たり前のことではなく、いくつものインフラ要素が稼働して実現しています。

映像などの記録媒体としてDVDを見かけますが、DVDは Digital Versatile Disc の略です。

VideoのVでは無く、多目的に使える円盤媒体という意味です。

電気的に記憶する仕組みの一つとして、フリップフロップがあります。

通電している間は、状態を保持したり変更できたりするので

コンピュータが動作するための重要な要素でもあります。