「入出力装置」カテゴリーアーカイブ

【応用情報・基本情報】
・代表的な入出力装置の種類,特徴,仕組み,用途を修得し,応用する。
・代表的な補助記憶装置の種類,特徴,仕組み,用途を修得し,応用する。

入出力装置

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・代表的な入出力装置の種類,特徴,仕組み,用途を修得し,応用する。
・代表的な補助記憶装置の種類,特徴,仕組み,用途を修得し,応用する。

(1)入力装置 基本情報 応用情報

代表的な入力装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。

用語例: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

 

(2)出力装置 基本情報 応用情報

代表的な表示装置や出力装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。また,画像のデータ容量などに関連する計算方法を理解する。

用語例:CRT ディスプレイ,液晶ディスプレイ,TFT 液晶,STN 液晶,有機EL ディスプレイ,プラズマディスプレイ,インタレースモード,ノンインタレースモード,テキストモード,グラフィックスモード,パックトピクセル方式,プレナピクセル方式,VGA,SVGA,XGA,電子ペーパ,インパクトプリンタ,ノンインパクトプリンタ,シリアルプリンタ,ラインプリンタ,ページプリンタ,レーザプリンタ,インクジェットプリンタ,3D プリンタ,プロッタ,D/A コンバータ,プロジェクタ,音声出力装置

(3)補助記憶装置 基本情報 応用情報

代表的な補助記憶装置や記憶媒体の種類,特徴,仕組み,用途,装置の諸元に基づく記憶容量や,平均アクセス時間の計算方法を理解する。

用語例: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,トラック,シリンダ,ブロック化因数,IBG(Interblock Gap:ブロック間隔),セクタ,トラック密度,スピンドル,アクセスアーム,磁気ヘッド,固定ディスク,デフラグメンテーション,シークタイム,サーチタイム,データ転送時間,データ転送速度,ボリューム,ボリュームラベル,見出しラベル,後書きラベル,ディスクアレイ,RAID

(4)その他の入出力装置 基本情報 応用情報

代表的な通信制御装置,駆動装置,撮像装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。

用語例:有線LAN インタフェースカード,無線LAN インタフェースカード

入力装置

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

代表的な入力装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。

用語例: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

代表的な入力装置

入力装置では、文字を入力するためのキーボードが代表的です。

その他の入力装置には、マウス、ペンタブレット、タッチパネルなどがあります。

マウスやペンタブレットなど、カーソルを移動して画面上の位置情報をクリックして指示入力できる装置を総称して「ポインティングデバイス」といいます。

画像を読み取る入力装置

イメージスキャナ
印刷物や手書きの絵を静止画像データとしてPCに読み込むことができます。
バーコードリーダ
バーコードを読み取り、数値や文字のデータに置き換えて処理することができます。小売店のPOSシステムなどで広く利用されています。
OCR
OCR(Optical Character Reader:光学文字読取装置)は、画像データを走査して、記憶してある文字とパターン認識して、手書きの文字や印字された文字を入力する装置です。
OMR
OMR(Optical Mark Reader:光学マーク読取装置)は、画像データを走査して、比較的単純な記号を認識して入力する装置です。いわゆる「マークシート」の読取り装置です。
キーボードの代わりに筆記具で記入し、OCRよりも正確に認識できるので、各種試験やアンケート用紙にコンピュータ処理に用いられます。
デジタイザ
デジタイザとは、画面上の位置を指示するためのペン型、あるいはマウス型の装置と、位置を検出するための板状の装置を組合せた入力装置で、ペンタブレットはデジタイザの一種です。
手書きの作業をそのままコンピュータに入力するのに用います。

出力装置

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

代表的な表示装置や出力装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。また,画像のデータ容量などに関連する計算方法を理解する。

用語例:CRT ディスプレイ,液晶ディスプレイ,TFT 液晶,STN 液晶,有機EL ディスプレイ,プラズマディスプレイ,インタレースモード,ノンインタレースモード,テキストモード,グラフィックスモード,パックトピクセル方式,プレナピクセル方式,VGA,SVGA,XGA,電子ペーパ,インパクトプリンタ,ノンインパクトプリンタ,シリアルプリンタ,ラインプリンタ,ページプリンタ,レーザプリンタ,インクジェットプリンタ,3D プリンタ,プロッタ,D/A コンバータ,プロジェクタ,音声出力装置

ディスプレイ

画像を表示するディスプレイとしては、以下の種類が代表的です。

液晶ディスプレイ
液晶を使ったディスプレイです。液晶自体は発光しないため、液晶に電圧をかけて光の透過を変え、バックライトなどをつけることで表示します。
プラズマディスプレイ
ガス放電による発光を利用したディスプレイです。阻止自体が発行するため視野角が大きく、薄型化・大型化しやすいですが、消費電力は大きく、価格は高めです。
有機ELディスプレイ
電圧をかけると発光する有機ELを使ったディスプレイです。バックライトが不要で消費電力が少なく、プラスチック等の曲がる基盤に作ることも可能です。
CRTディスプレイ
ブラウン管を使ったディスプレイです。コストが安く精細なカラー表示が可能ですが、設置面積が大きく、消費電力が大きいため、利用が減っています。

薄型で消費電力の少ない液晶ディスプレイは、パソコン用の画面装置として標準的に使われています。パソコン向けの液晶ディスプレイでは、精細なカラー表示が可能で応答速度も速いTFT型が主流です。

プリンタ

印刷用のプリンタとしては、以下の種類が代表的です。

インクジェットプリンタ
ノズルからインクを噴射して印字するプリンタです。印字音が静かで、小型・低価格でありながら高品質なため、オフィスや家庭で広く使われています。
レーザプリンタ
レーザ光線でドラムを感光させ、ドラムにトナーを付着させてページ単位に印字する方式のプリンタです。
高品質な印刷ができ、印字も高速ですが、印字時の消費電力が比較的大きくなります。
ドットインパクトプリンタ
印字ヘッドをインクリボンに打ち付けて印字するプリンタです。印字音が大きいため余り使われませんが、加圧式なので伝票などのカーボン複写が可能です。

プリンタの性能を表す値

プリンタの印字品質は「dpi値」が目安となります。
dpi(dots per inch)は1インチ(2.54cm)内に印字できるドット(画素)数のことで、この値が大きいほど精細な印刷ができます。

また、印刷性能は1秒間に印字できるページ数である「ppm」(pages per minute)などで表します。

プロッタ

プロッタはCADデータなどの精密な図面を描画する装置です。

描画方式で分類すると、ペンが用紙上を移動するペンプロッタと、図面をビットマップデータとして描画するペンレスプロッタに分けられます。

用紙送りの方式には、用紙を固定するフラットベッド型と、用紙を送り出しながら印字するフリクション型があります。

プロジェクタ

プロジェクタは、映像をスクリーンに投影する投影機です。コンピュータのディスプレイ装置よりも大きく表示することができ、プレゼンテーションなどに利用されます。
光源の明るさをルーメンという単位で表します。

画面の大きさ

ディスプレイが表示する画像は、細かい点(ドット)を縦横に敷き詰め、それぞれに色を発色させることで描いたものです。この点を画素といい、画像データは画素の集合としてメモリに記憶されます。

ディスプレイの大きさは、縦横に何画素数まで表示できるかで決まります。この値が大きいほど、1画面で表示できる文字や画像が多くなり、画面が広く使えます。

パソコン向けのディスプレイは、横1,024ドット×縦768ドットのXGAと呼ばれる規格が主流でしたが、最近ではより画素数が大きく、幅の広いワイドタイプが主流です。

画像のデータ容量

カラー画像は、発色する色の種類が多いほど、一つひとつの画素について色を細かく区別しなければならないため、1画素をメモリに記憶するためのデータ量が多くなります。
例えば、256色に色分けをするには、256=28通りを区別するために、1画素あたり8ビットの情報量が必要です。

画像データの要領を計算するには、画素数の合計に、カラー情報に必要なビット数をかけて求めます。

画像データの容量

画像データ量(byte) =画素数 × カラー情報のビット数 ÷ 8

*最後の「÷8」はビットをバイトに換算するため。

(関連)グラフィックスソフトウェア

グラフィックスソフトウェアとは、図形やイラストを作成するソフトウェアです。ペイント系ソフトウェアとドロー系ソフトウェアに分けられます。

分類特徴代表的なソフトウェア
ペイント系ソフト画像をビットマップ(ラスタデータ)として扱う。
写真などの色調の変化や加工を行ったりするのに向いている。
Adobe Photoshop等のフォトレタッチソフト
ドロー系ソフト図形を輪郭のベクトル(ベクタデータ)として扱う。
実態に近いなめらかな曲線を描くのに向いており、新たにイラストを起こしたり、ロゴを作成したり、という用途に向いている。
Adobe Illustrator等のドローソフト、CADソフト

補助記憶装置

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

代表的な補助記憶装置や記憶媒体の種類,特徴,仕組み,用途,装置の諸元に基づく記憶容量や,平均アクセス時間の計算方法を理解する。

用語例: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,トラック,シリンダ,ブロック化因数,IBG(Interblock Gap:ブロック間隔),セクタ,トラック密度,スピンドル,アクセスアーム,磁気ヘッド,固定ディスク,デフラグメンテーション,シークタイム,サーチタイム,データ転送時間,データ転送速度,ボリューム,ボリュームラベル,見出しラベル,後書きラベル,ディスクアレイ,RAID

ハードディスク

ハードディスクは、磁気を使った高速かつ大容量の補助記憶装置として、広く使われています。PC用としては、数100GB~数TB程度の容量が主流です。

ハードディスクの構造

内部には磁性体をぬった金属などの円盤(ディスク)が数枚、軸を中心に固定されており、高速に回転します。(5000~10000回転/分 程度)
磁気ヘッドの付いたアームがディスク状をスライドし、表面を磁化することでデータを読み書きします。この時に、磁気ヘッドはディスクの表面と接触することはありません。
なお、磁気ヘッドとディスクは接触しないようになっているが、外部からの強い振動で接触してしまう可能性があり、それが故障につながるため、ハードディスクは振動に弱いとされています。

トラックとセクタ

ディスクのオモテウラには、トラックというデータ記録用の領域が同心円状に何本も作られます。1本のトラックはさらにセクタというデータを格納するための小さい区画に分割されます。

各トラックとセクタにはアドレス番号が振られ、この番号でデータが格納されたセクタの記録位置を識別します。

なお、磁気ヘッドのアームはディスクの裏表それぞれに伸びているので、同じ半径上にある全トラックに同時にアクセスできます。同時にアクセスできるトラックをまとめて、シリンダと呼びます。

ディスクの容量

ディスク1面のトラック数や、1トラックあたりのセクタ数、各セクタに格納できるバイト数は、ディスクのフォーマット(初期化)時の形式によって異なります。
これによって、ハードディスク全体の格納容量が決まります。

ディスクの容量

ディスク容量 = ディスク面数 × トラック数 × セクタ数 × セクタのサイズ

ディスクのアクセス時間

ハードディスクはデータを読み取る時、次のような順序で動作します。

  1. 磁気ヘッドがデータのあるトラック位置に来るまでアームを移動(シーク)
  2. ディスクが回転してデータのあるセクタがヘッド位置に来るまで待つ(サーチ)
  3. セクタ内のデータを読み取ってメモリに転送

シーク時間、ディスク回転の平均時間、データ転送時間の合計をディスクのアクセス時間といいます。

ディスクのアクセス時間

アクセス時間 = シーク時間 + サーチ時間 + データ転送時間

*サーチ時間は1/2回転にかかる時間とするのが一般的

ハードディスクの断片化

ディスク内のファイルにデータの削除や追加を何度も繰り返すと、論理的には1つのファイルでありながら、物理的にはディスクのバラバラな領域に格納されてしまうことがあります。この状態を断片化(フラグメンテーション)といいます。

断片化が起きると、データを読み取るために磁気ヘッドがディスク状を頻繁に移動しなければならず、シーク時間が増えてアクセスが遅くなります。

断片化を解消するためには、ファイルを連続した領域に格納し直します。断片化を解消する作業を「デフラグ」(デフラグメンテーション)といいます。
デフラグを行うためには、OSに付属するツールを使うか、ファイルを一旦別の媒体にバックアップし、初期化したハードディスクに再度書き戻します。

ブロック化因数

ブロック化因数とは、入出力ファイルの1ブロックに含まれるレコード数です。レコードはプログラムが処理する論理的なデータの単位です。それに対して、ブロックはコンピュータが入出力装置とデータをやり取りする単位です。

ブロック化因数がnなら、入出力のやり取りをするアクセス回数がn分の1になり、効率が向上します。

ブロック間隔

ブロック間隔は入出力のブロックとブロックの間の間隔です。ブロック間隔は本来記憶可能な部分ですが、1ブロックのアクセス開始や終了に必要な空き領域です。

ブロック化したファイルの容量

ファイル容量 = (レコード長 × ブロック化因数 + ブロック間隔)× ブロック数

その他の入出力装置

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

代表的な通信制御装置,駆動装置,撮像装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。

用語例:有線LAN インタフェースカード,無線LAN インタフェースカード

その他の入出力装置

その他の入出力装置には、PCI(Peripheral Component Interconnect)やAGP(Accelerated Graphics Port)があります。

PCIは代表的な拡張バスでLANカードやSCSIカードなどがあります。AGPはビデオカード用の拡張バスです。

LAN接続に使われる機器

LANインタフェースカードはコンピュータやプリンタなどをLANに接続するための拡張カードです。LANボード、LANカードなどとも呼ばれます。

最近のパソコンにはマザーボード上にネットワークインタフェースが組み込まれています。

無線LANインタフェースカード

無線LANインタフェースカードは、無線の受発信機能を持つLANインタフェースカードです。