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第２章 情報科学

018 情報科学Ⅰ

エントロピー（乱雑さ）

　事象の不確かさ

　情報エントロピー　→　情報を受け取る前後の不確かさの相対値

　エントロピー（熱力学第二法則）

　　　↓

　平衡状態のままである可逆現象で一定であり自然に起こる不可逆現

　象では増大する

情報量の定義（シャノンの情報量）

　ある事象が起きた際、それがどれほど起こりにくいかを表す尺度

通信路のモデルと情報圧縮

　情報圧縮

　個々の情報の①頻度、②かたより、③規則性を利用する。

　①時間内にたくさんの情報を送信　②記憶スペースにより多くの情

　報を記憶

　情報源からの冗長な情報→適当な符号によって必要最低限の(冗長の

　ない)大きさまで圧縮できる

　冗長度 ➡ あるデータを転送する際に無駄に使われている部分の量

　通信量の容量 ➡ 単位時間に送ることができる最大の情報量

パリティチェック(誤り検出)

　データの伝送や記録に際してデータの誤りを検出するひとつの方式

　水平パリティ

　垂直パリティ

チェックサム

　1234　567　８

　演算で算出

デジタル信号処理の特徴

　1.　ノイズの影響を受けにくい。

　2.　情報が0または1かの組み合わせ。同一の記憶媒体または通信

　　回線で文字・数値・音声・画像などを保存・送受信できる。

　3.　コンピュータで処理できる。

　4.　誤り検出・誤り修正が容易にできる。

　5.　情報の劣化がない。

　6.　情報の暗号化が容易にできる。

　7.　〔短所〕情報の完全コピーが容易で、セキュリティと著作権が

　　問題となる。

　8.　〔短所〕ノイズが許容量を超えると情報を再現できない。

byte(バイト)

　PCが扱う情報の単位

　1byte ＝ 8bit

　日本語の漢字やひらがな　☞　2byteで1文字が表される(2バイト文

　字）

　1KB　☞　1,024byte(210byte)あるいは1,000byte(103byte)

　1KiB(キビバイト) ＝ 1,024byte

2進数

　10進数(Decimal Number)

　0～9までの10個の数字を使って数を表現

　数は0、1、2、3、4、5、6、7、8、9と順に増えた後に10に桁上がり

　2進数(Binary Number)

　0～1までの2個の数字を使って数を表現

　数は0、1と順に増えた後に10に桁上がり

　10 進数0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

　2進数0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1Ｈｚ以上でなければなりません。101

　　　　1110

　コンピュータのデータ処理　　➡　0か1かの2進数

　2進法(10進数と区別するため) ➡　(○×▽…)2 または ○×▽…(2)

A/D変換(Analog to Digital Conversion)

　①標本化　②量子化　③符号化　

サンプリング定理 (sampling theory)

　サンプリング定理 ➡ 信号の最大周波数の2倍以上

　標本化定理　　　 ➡ エリアシングノイズ防止

　AD変換→DA変換 ➡ 元の信号を再現するために必要な要件

　信号の帯域幅 ; 20 ～ 1,000 Hz

　サンプリング周波数

　2,000 Hz以上に設定

【演習】 サンプリング周波数

　0.05Hzから100Hzまでの周波数成分を含む心電図信号を

　A/D変換したい。理論上必要なサンプリング周波数の下限は

　何Hzか答えなさい。

　サンプリング定理ではアナログ信号がもつ最大周波数の2倍の周波数

　以上のサンプリング周波数を必要とします。

　サンプリング周波数 ≧ 100Hz × 2 = 200Hz

　サンプリング周波数は200Hz以上でなければなりません。

　0.5Hzから60Hzまでの周波数成分を含む脳波信号をA/D変換した

　い。理論上必要なサンプリング周波数の下限は何Hzか答えなさい。

　サンプリング定理ではアナログ信号がもつ最大周波数の2倍の周波数

　以上のサンプリング周波数を必要とします。

　サンプリング周波数 ≧ 60Hz × 2 = 120Hz

　サンプリング周波数は120Hz以上でなければなりません。

　0.5Hzから500Hzまでの周波数成分を含む生体信号をA/D変換した

　い。理論上必要なサンプリング周期の上限は何msecか答えなさい。

　サンプリング定理ではアナログ信号がもつ最大周波数の2倍の周波数

　以上のサンプリング周波数を必要とします。

　サンプリング周波数 ≧ 500Hz × 2 = 1,000Hz

　サンプリング周波数は1,000Hz以上でなければなりません。

　周波数1,000Hzは1秒間に1,000ポイントをサンプリングすることにな

　ります。サンプリング周期は１/1000= 0.001sec = 1msec以下です。

ナイキスト周波数 (Nyquist frequency)

　ナイキスト周波数 ➡ サンプリング周波数の 1/2

　ある信号をサンプリングする際、そのサンプリング周波数の1/2に相

　当する周波数

　サンプリング周波数 ; 2,000 Hz

　ナイキスト周波数

　1,000 Hz

エクスクルシーブOR(EX-OR)

　入力ABにおいてAとBの入力が異なる場合に出力Xが1になる

　排他的論理和

否定論理積(NAND)

　入力ABにおいてAとBに1が入ると出力Xが0になる

否定論理和(NOR)

　入力ABにおいてAまたはBに1が入ると出力Xが0になる

　NOR回路 ➡ OR回路にNOT回路を接続

フリップフロップ回路

　双安定マルチバイブレータ

　トリガ・パルスが入力されるごとに出力電圧が反転する回路

　記憶回路

　計数回路

コンピュータの5大要素

　①制御装置

　②演算装置

　③記憶装置

　④入力装置

　⑤出力装置

CPU (中央演算装置)

　データ処理を制御

　数百万個のFET（電界効果トランジスタ）

　制御装置

　演算装置

　MOS FETは集積回路の中では最も一般的に使用されている半導体

CPUの構造

　CPUの性能

　コア数↑

　定格クロック↑

　18

　4.00GHz

　ビットサイズ↑

　128bit(64bit/32bit)

　キャッシュ↑

　45M

BDとDVDの比較

　Blu-ray Disc

　第3世代光ディスク

　DVDの後継

　画質容量レコーダ寿命

USBメモリ

　USB flash drive

　大容量・小型記録メディア

　書き込み・読み込み速度↑

　大容量 512GBも販売中

デジタイザペン/タブレット

　ポインティング ディバイス

　デジタイザペン、タブレット

デジタイザとナビゲーションシステム

ポインティング ディバイス

　ジョイスティック、トラックポイント、マウス、タッチパッド、

　データグローブ

OMR (Optical Mark Reader)

　光学式マーク読取装置

　あらかじめ決められた位置に選択式の記入欄が並んでおり、回答者

　は鉛筆などの筆記具でこれを塗りつぶす