パソコンの仕組みについて

質問

パソコンを含め様々な機械は基盤がもとに作られているのは知っていますが、何故金属などの部品の集まりなだけなのに、文字が反映されたり、画像が映し出されたりするのでしょうか?

この質問は、機械の基盤からの原点までの謎を知りたいです。
キーボードを打ったとき内部ではどのように電気信号が伝わっているのか、またそれはどうして目に見えるもの（数字）として映し出すことができるのかを教えていただきたいです。

回答No.6

okok456

原点
戦争映画で目にするモールス信号は[0と１]ではなく「トンとツー」ですが
原理は似てますね。
https://www.youtube.com/watch?v=7fLjQAIZxeY
https://www.tele.soumu.go.jp/kids/break/break1.htm

電信のテレックス　テレタイプはテープに穴を開けて通信
https://www.youtube.com/watch?v=lCZmVXGyVQQ
テレタイプは初期のコンピューターの端末としても利用されたようです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%86%E3%83%AC%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%97%E7%AB%AF%E6%9C%AB
初期のコンピューターの記憶媒体は紙テープ
そして磁気テープ、フロッピーディスク・・・・
プログラムも磁気テープ、フロッピーディスクに入っていましたね。

市民講座　がありました。
コンピューターはどうやって動くのか
https://www.nii.ac.jp/userdata/shimin/documents/H28/160825_2ndlec.pdf#search=%27%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%81%AE%E4%BB%95%E7%B5%84%E3%81%BF%27
ザーッと見ました難しいですね。

＞どうして目に見えるもの（数字）として映し出すことができるのか
文字コードだそうです。
参考URL　　文字化けは何故起こるのか？
https://michisugara.jp/archives/2015/mozibake.html
外字エディターを使用して、オリジナルの文字や記号を作成　で納得できそう
https://121ware.com/qasearch/1007/app/servlet/relatedqa?QID=017849

「映し出すことができるのか」はTVの仕組みと同じですね。
http://toshiba-mirai-kagakukan.jp/learn/download/pdf/leaflet_15.pdf#search=%27%E3%83%86%E3%83%AC%E3%83%93%E3%81%AE%E4%BB%95%E7%B5%84%E3%81%BF+%E7%B0%A1%E5%8D%98%27
液晶ディスプレイの仕組み
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2011/12/post-ffee.html
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2011/12/post-45f1.html
こちらも
https://shikumikan.com/it/how-lcds-work/

ついでに
デジタル画像（カラー画像とグレースケール画像）
http://www.igunoss.co.jp/imageproc/imageproc1-2.html
http://photo-mini.com/bit-depth-explained/

動画など大量のデータを一瞬に処理する凄い技術ですね。
余談
NHKの時報が無くなった理由はデジタル放送になったからだそうです。
https://www.nhk.or.jp/faq-corner/4housoubangumi/06/04-06-03.html
情報通信研究機構は日本標準時時間の説明にも誤差があると
https://www.nict.go.jp/JST/JST5.html
アナログ電話やアナログ放送のラジオの時報が正確なのかも？？

そう言えば２０年ぐらい前のプリンターは表現できるフォントが限れてれいたり
フォントをインストールする必要がありました。
現在も印刷できない場合があるようです。
https://www.jagat.or.jp/past_archives/story/6845.html
https://faq2.epson.jp/web/Detail.aspx?id=34444
https://www.fujixerox.co.jp/support/mf/dc5_c7776/contents/dc5_c7776_8220.html

ふと
USBコネクターやSDカードの接点は複数あるのは何故と
https://matome.naver.jp/odai/2135385321207359701
http://mycom1.cocolog-nifty.com/blog/2008/11/sd-6fe4.html

回答No.5

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

原理としては、キーボードは多数のスイッチでもあるので、基盤に縦／横のような配線を行ない、高速に縦／横に電気を流して、押された経路を検出しています。

検出した電気信号を元に、コンピューターの主要機能側は「このスイッチの場合は、この文字に」と判別して、あらかじめ準備していた「文字」の形を画面に出す。というようにしています。

最近はかなり少なく成って来ましたが、昔のコンピューターとか、ガラケーしか無かった時代ですと「あらかじめ準備した文字」が、違う場合もあって、「文字化け」なんて事も、、（昔は良く在りました、、、笑）

なお、キーボード等に使う「縦／横」配線の基盤とそのコントロールや制御の部分は「キーボード　マトリクス　回路」とも言われます。その回路から、コンピューターの中心部には、どのキーがどの状態で押された。という情報の電気信号を送り、コンピューターの中心部が、じゃ、この表示文字を。という指示をして、表示機能の方に指示を出す、表示機能の方は、指示通りの画面表示ができるよう、表示に関わる全般に専念しています。

昔の、８Bitコンピューターの時代ですと、キーボードの状態監視も、画面表示の部分も、今とは比較出来ない程低性能だった「コンピューターの中心部」が一人だけでガンバっていた。という時代も在ったのですけれど。。。（苦笑）
（とても早くキーを打てる人にとっては、時々キーを打ったのにコンピューター側が追いつかなくて、文字抜け、という事も。。。そんな時代も在ったのね。）

今のコンピューターには、アルファベット文字の上に数字のキーが在って、フルサイズのキーボードには、右側に数字と一部の機能（演算キー）が備わったタイプもあるのですが、コンピューターが登場する前の時代に普及していた「タイプライター」とおなじ様な数字扱い、という機能も、今のコンピューターにも残された機能となっています。（予期せず、なにかの拍子で、その設定に変わってしまうと、数字のキーが反応しない？？　普通の文字だった一部が数字に。。という、知っていないと「コンピューターが壊れた？」って思えるような場合も在るかもしれませんね。）

基盤は、「コンピューターの中心部」となるメインCPUとか、キーボードを管理しているサブCPUとか、表示に専念するサブCPU(一般的には、表示専用設計なので、グラフィックナンチャラ、多くは専用基盤込みで「グラフィックボード」略してグラボとか言う事も在ります。）

多様な機能を持つIC/LSIなどを最適に接続させるのが「基盤」による配線で、この配線の技術も、顕微鏡レベルなのが、今の状況です。

回答No.4

-ruin-

＞0と、1のコードがあるというのとですか?
そういうことです。
ちなみにこれを8このかたまりで区切ったものがいわゆる8bitデータです。
16なら16bit。
それぞれ１秒間に8回、16回分の信号が含まれているということで、メディアファイルの音質がいいとか解像度がというのはこれのことです。１秒間に含まれる情報が多いほど解像度が高いことになり、同じ再生時間のファイルだと容量の大きいほうが質がいいと言うことになります。
ちなみに8bitで1バイトなので、HDDとかの容量何TBとかGBというのはその８桁のかたまりをいくつ記録できるかという意味です。

ちなみに「あ」は文字コードだと1100000.1000010らしいです

回答No.3

-ruin-

多少の齟齬は承知でわかりやすく回答します。

機械の中で何が起こっているかについてですが、いかに複雑な基盤でも基本的には2つのことが起きているだけです。
つまり、電流が流れているか流れていないか。これだけです。
これが例えばPCでよく言う１と０のことです。

１か０しかないので、例えば５という数字を画面に出したければ、
キーボードの５ボタンを押すことで電流が流れている状態になります→これを２進数に変換して、101という３つの信号（電流が流れる流れない流れる）があちこちを通って画面まで届き、対応する場所のライトを点灯（電流を流）させたり消灯させたりします。
ライトの色を変えたりもしますが結局は同じです。緑色なら001001とか決められているだけです。
よく聞くPCの処理能力というのは要するに機械内で１秒間にこの１か０を何回入れ替えられるかということです。

補足

なるほどすごくわかりやすい説明です！
ということは、あ～ん、数字、英文字、記号もすべてそれぞれの0と、1のコードがあるというのとですか?

回答No.2

SPROCKETER

理屈は簡単なのですけどね。

　キイボードを押した時に、そのキイの番号であるキイコードが入力されるわけですが、特定のI/O（入出力バッファ）上に出力されます。それをCPUから読み取ってキイコードをASCIIコードに変換し、それを元にフォントデータに変換するわけですが、これもフォントデータ（１６バイト）をROMやＨＤＤから読み出して来て、グラフィックパターン（１６×１６画素）に変換し、それを文字データとしてグラフィック画面上に書き込むとディスプレイ上に表示される仕掛けになっています。要するに、１６進数のキイデータを元にグラフィックデータに変換して画面に表示する処理を実行しているだけです。

　８ビットパソコンや１６ビットパソコンの頃はキャラクタージェネレータと呼ばれる８×８画素や１６×１６画素のフォントデータが書き込まれているビットパターンを保存したROMがあって、テキスト画面に文字データ（１バイトか、２バイト）を書き込むと、ハード上の表示機能でキャラクタ表示がおこなわれて、ディスプレイに文字表示される仕掛けになっていました。当然ながら白黒で、カラーは別に色指定データとしてカラーRAMに書き込む仕掛けになっていました。

　アニメや写真などの画像はＨＤＤ上の画像ファイルからデータを読み出して、グラフィック画面に表示する方法を使っています。そのまま表示するＢＭＰファイルもあれば、圧縮画像を解凍して表示するＪＰＧファイルなどもあります。

　ゲームなどで画像やアニメを表示したり、動かしているのは、プログラムでグラフィック画面に高速で画像データを書き込んでいるからで、基本的には同じ方法です。

　音声はＰＣＭ音源と言って、デジタル信号の音声をメモリー上に置いて、CPU処理とは別にDMA転送と呼ばれる方式を使って複数の音声バッファに転送して出力し、多重音声を出しています。

　電気信号で処理する構造は８ビット時代から何も変わっていませんが、処理速度、処理能力、色数、解像度、音質などは飛躍的に向上して、比較にならないぐらいになっています。８ビットパソコンではアニメ絵とガリガリ音しか出なかったパソコンが、６４ビットパソコンでは動画再生と高音質で音楽が聞けるようになったのは技術が向上したからです。

お礼

ご丁寧な回答ありがとうございます!
ただやはり難しくなかなか理解できません
新たな疑問が生まれ、変換という言葉がたくさん出てきましたが、そもそもどんな原理でその変換もされてるのか、どういうシステムでそれができるようになったのか、もはや機械の基盤のパーツレベルで気になってしょうがないのです(*_*)

回答No.1

aokii

パソコンを含め様々な機械は金属などの部品の集まりなだけですが、文字が反映されたり、画像が映し出されたりするのは、複雑な電子の流れ等によるものです。キーボードを打ったとき内部では、複雑な電子の流れによって、目に見えるもの（数字）として映し出すことができます。映し出す部分はイカの体の表面が変化するのに似ています。