ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、メモリ
先週から、啓二さんにマイコンに関して教わることになった
哲さん。今日も、愛犬ロボの散歩と啓二さんの仕事部屋へと
やってきた。愛犬ロボは、まだ啓二さんのところのＡｉｂｏ
には慣れない。まあ、ロボにとってＡｉｂｏは同類ではない
ので、当たり前かも知れないが。
今日は、コンピュータの３機能の話らしい。
哲 ：こんちは。やってきたぞ。
啓二：ちょっと待て。片づけるから。
哲 ：汚い部屋だな。掃除しているのか。
啓二：徹夜して仕事を仕上げていたから、汚いんだよ。
ハードウエアのバグかソフトのバグかわからずに、調べていたら
夜が明けていた。少し、眠い。ちょっと、外で待っていてくれ。
（部屋の外で、哲さんは手持ちぶさたで待っている）
哲 ：家事手伝いロボットが必要なのは、お前の方じゃないのか。
啓二：そうかもなあ。もう少しで片付くから、散歩して来てくれ。
（ロボを歩かせて、５分程度で戻ってきて、部屋の外から声をかける）
哲 ：おーい、終わったか。
啓二：終わった、終わった。入ってきてくれ。
哲 ：さて、今日の話は、３機能だ。
啓二：うん、それでは、３機能を言ってみてくれ。
哲 ：ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、メモリだよ。
啓二：まず、ＣＰＵから解説しよう。
ＣＰＵは、Central Processing Unitの略で、中央処理装置だ。
哲 ：中央処理装置のほかに、大型計算機ではチャネルなんてのがあるなあ。
啓二：うん、メインフレーム（大型計算機）なら、通信や入出力を専用
コンピュータのチャネルにやらせるから、ＣＰＵだなあ。
でも、マイコンの場合は、通信も入出力も制御は、ＣＰＵが担当する。
命令で開始、停止、情報伝送のトリガーをかけるからＣＰＵという
名称が妥当だと言える。
哲 ：マイコンのＩ／Ｏには、どんなのがあるんだ。
啓二：単純なデジタル入力と出力の他に、タイマー／カウンタやシリアル通信
およびＡ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータがある。
哲 ：結構いろいろあるんだなあ。ところで、ＵＳＢはないのか。
啓二：ＵＳＢをＩ／Ｏとして内蔵しているマイコンもある。ただし、ＵＳＢ
はシリアル通信なので、その中に含めているマイコンもある。
少し外付け回路を加えてみるとＵＳＢを扱えるマイコンが大半
だけれどね。
哲 ：Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａって何だよ。
啓二：今のコンピュータは、デジタル信号を処理するのが大半なんだ。
ところが、温度や光のような物理量はアナログ信号。アナログ信号を
デジタル信号にしないと処理できないので、Ａ／Ｄコンバータが必要
になる。
また、場合によっては、アナログ信号しか受付けない機器があるので、
Ｄ／Ａコンバータが必要になるんだ。
哲 ：ワンチップマイコンって、情報を扱うよりも、機器を扱うことが
多いんだ。
啓二：そう。Windowsマシンが、どちらかというと情報を扱うのに対して、
マイコンは機器を扱うことが多い。どちらも情報と機器を扱えるけれど、
Windowsマシンで、電気炊飯器を動かしてはいないだろう。ワンチップ
マイコンは、単機能の製品向けのコンピュータと考えるとよい。
携帯電話は、最近は情報携帯端末と分類されるけれど、元々は電波を
利用した電話の機能だけだったでしょ。
哲 ：そうだなあ。じゃ、タイマー／カウンタは何に使うんだ。
啓二：Windowsマシンは、イベントドリブンでプログラムするだろう。ＯＳが
介在するからイベントドリブンでいけるんだ。
ところがワンチップマイコンの場合には、ＯＳを入れないことがある
から、イベント対応処理を実現したいと困る。
そこで、タイマーを利用して周期的にイベントを発生させて処理する。
カウンタは、あるイベントが何度発生したかで、処理開始・停止させたい
ようなときに使うのさ。
哲 ：わかったような、わからないような。
啓二：実際に何かイベントで動くプログラムを作成するとわかるさ。そうだな、
後で時計を作ってみるか。時計は、タイマー／カウンタ機能そのものだ
から、よく理解できると思うよ。そうそう、ロボットの間節を動かすとき
にも、カウンタを使ったりする。角度をカウンタの値をみなして、これ
以上大きくすると破壊してしまうとかを監視できる。
哲 ：じゃ、メモリについて解説してくれよ。
啓二：ほい来た。最近のワンチップマイコンは、メモリにＲＯＭとＳＲＡＭを
もち、ＲＯＭには、フラッシュメモリとＥＥＰＲＯＭを使うことが多い。
哲 ：フラッシュメモリとＥＥＰＲＯＭって、どう使い分けるんだよ。
啓二：フラッシュメモリは、プログラムを入れるんだ。そしてＥＥＰＲＯＭは
動作中に発生したデータを保存しておいたりする。ＳＲＡＭは電源を
与えておかないと情報を保持できないが、ＥＥＰＲＯＭだとデータを
保存すると電源を与えなくても保持しておける。それで、フラッシュ
メモリとＥＥＰＲＯＭの両方を持っているマイコンが多い。
哲 ：ＳＲＡＭの容量は、どの程度あるのかな。マイコンによって違うだろう
けど。
啓二：３０バイト程度から４ｋバイト程度まで幅が広いよ。ワンチップ
マイコンの性能を引き出すには、データシートを入手して調べる
必要がある。
マイコンによっては、英文のデータシートしか用意されないことが
あるので英語ができるようでないと駄目だね。
哲 ：うちの子供に、何故英語を勉強するんだと聞かれたことがあるんだ。
ロボットを動かすために必要とでも答えるといいだろうか。
啓二：それでいいんじゃないの。日本の教育に欠落しているのは、何に役に立つ
のと言われたときに、周囲の大人が自信をもって答えられないことじゃ
ないかと思うの。ただ勉強しろじゃ駄目だし、説得力がないんだなあ。
中学生にもなると自我が発達してくるから、自分が納得しないと動か
なくなるだろう。
哲 ：うん。
啓二：勉強しろというならば、将来こういうことに役に立つんだ
と言えないとね。せっかくロボットに興味を持っても、英語
という壁があって、先に進めないのではねえ。数学にしてもそう。
ハードウエアを作るときに、計算は絶対に必要だし、ロボットを
動かすときには、微分や積分も必要になる。
哲 ：中学生に、微分積分は早いのではないかな。
啓二：あのねえ、厳密な数学の微分や積分は教えなくてもいいけれど、
概念は知らないとまずいの。微分と積分がまずいならば、差分と
積算でもよいよ。
哲 ：差分なんて、実生活でも使わないだろう。
啓二：使っているよ。自動車の運転をしているなら絶対に使っている。
積算も使っている。まあ、この話は、後で実際にロボットを作った
ときにでもまた出てくるので、深入りするのはやめよう。
哲 ：ワンチップマイコンから、教育の話になったなあ。
啓二：徹夜したから、眠くなってきた。今日はこれまでにしよう。
お疲れさん。