コンピュータゲームを題材として活用する情報教育の教材・実践事例をまとめたサイトです．

コンピュータアーキテクチャ

学習目標

• 1回の講義で全部やるのは無理がある
• ここで扱うのはハードウェアアーキテクチャ．コンピュータの基本要素として出した「演算装置」と「記憶装置」について
  • 最近は記憶装置のイメージが曖昧になり始めている（ダウンロード型が増えてきている）のが，不安ではある

• 基礎知識
  • 演算装置と記憶装置をざっくり説明
  • 演算装置の分類
    • 中央処理装置
    • 画像処理装置 (GPU, PPU)
  • 記憶装置の分類
    • 主記憶装置と補助記憶装置
    • （レジスタ：演算装置の説明の時に出す）
    • キャッシュとかは省略．ゲーム機のスペックとして出てくる範囲で
  • ここで学習者が「？？？」となってもあまり気にしない．これから出てくる具体例を理解するための前ふり．
  • よく使われる例え
    • 中央処理装置＝脳みそ，主記憶装置＝作業机，補助記憶装置＝本棚
    • 画像・音声処理装置＝専門の職人
    • 脳みそがパワフル＝計算速度が速い，作業机が広い＝一度に広げられるデータの数量が増える，本棚が大きい＝取り出せるデータの量が増える
• ゲームのハードウェア
  • 本体の中身（日経エレクトロニクスの分解記事を参照）
  • 補助記憶装置
    • 補助記憶装置＝ゲームメディア
    • 光ディスク，HDD，フラッシュメモリ
    • ROMカートリッジ（外付けの読み出し専用記憶装置）
      
      中身は実際のファミコンカートリッジを分解したものを見せる（中古屋で100円くらいの安いものを入手）
• 主記憶装置の仕組み
  • 電源を切るとデータが消える
  • 補助記憶装置の存在する意味
    • 読み書きが低速だが安価
    • それだけではゲーム進行には支障があるので，主記憶装置に今使うデータを広げる
    • 「今使うデータ」をうまく選択して持ってくるテクニックが必要
    • 先ほどの【脳みそ・机・本棚】とも合わせて説明
  • 記憶装置の種類
    • マスクROM, 光ディスク, HDD, フラッシュメモリ, ...
    • 昔は磁気テープ，磁気ディスクも
    • 要するに0と1の2通りで表せて，コンピュータが読み取れるならどんな装置でも良い．バーコードでもいい（バーコードバトラー（1991, エポック社）
    • なんなら人を使っても良い → ふっかつのじゅもん

ゲーム機の中身

• 参照：「日経エレクトロニクス分解半の軌跡」 http://techon.nikkeibp.co.jp/NEWS/disassembly/
  • 最新電子機器を発売直後に分解して構造を解析
  • テレビゲーム機も対象
    • ハードウェアアーキテクチャを説明するのに適した資料がいっぱい
  • PS3初期版 http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20081009/159404/?P=9
    • CPU: CELL (SCEが主導で開発されたCPU．7個のコプロセッサを内蔵．)
    • CPUが2つ（1つはPS2のゲームを動作させるためのもの．独自規格過ぎてCELLでは再現しきれなかったらしい．後の廉価版ではPS2のCPUを削除）
  • ファミコン: (画像)
    • 今も昔もハードウェアの構成要素に違いは無い，という事例として使用
    • 中央処理装置: 1.8MHz，主記憶装置 2kB
• 演算装置
  • 性能指標：クロック周波数とビット幅
  • 処理しきれる以上の命令がやってくると→ 「処理落ち」
    • 主な現象は「画面上のキャラクタの動きが遅くなる」．
    • 大量のキャラクタの動きが重なるとよく発生する→CPUが時間内に処理できる範囲を超える命令が来てしまい，その処理に時間がかかる

主記憶装置のサイズの変遷

• 同時期のパソコンと比べるとかなり少ない
  • ゲーム用途に特化した設計なので，パソコンほど大量に積む必要ない
  • コスト削減の意味もある
  • 最近はゲーム以外の役割も多数持つように→PS4の大容量主記憶装置

主記憶装置の使い方

• 主記憶装置の容量が少ない場合
  • PCエンジン CD-ROM^2：補助記憶装置:640MB(CD-ROM)，主記憶装置：8KB+拡張64KB
    • 当時のCD-ROMドライブは「等速」
    • 場面転換のたびに，6秒くらいロード待ち
    • 開発者曰く「池からバケツで少しずつ水をくみ出すようなもの」 （「ゲームセンターCX」 広井王子氏インタビューより）

ソニック（名前忘れた．後で確認）

• 検証映像： http://www.youtube.com/watch?v=9YJNckvunCY
  • 当時「Now Loading」が頻発しすぎと話題になったゲームの事例．人気シリーズものだっただけに大騒ぎに．
    • 「自分のところではここまでひどくなかった」という意見もあり，環境による可能性もある．
    • 他のシリーズではここまでの現象は起こらない．
  • ぺた語義記事の，図3の元ネタはこれです

PPU

Picture Processing Unit

• ファミコンで搭載
  • GPUと名前が異なる理由は・・・よく知らない

GPU

Graphics Processing Unit

• 画像処理は別の演算装置を用意しているゲーム機がほとんど

Blu-ray Disk

• 最大50GB（2層）
• PlayStation3,4のメディア
  • 2014年2月時点で，ゲーム機に利用されている読み出し専用メディアとしては容量最大

バッテリーバックアップ

• 低電圧でデータ保持が可能なSRAMに，電池で電源供給し続けることでデータを保存
  • もちろん電池が切れるとデータはなくなる
  • 参考画像 （カートリッジ：スクウェアのトムソーヤ (1988, スクウェア)の基盤）
    
• 1980年代後半〜1990年代のゲームソフト（ROMカートリッジ）で，よく使われていたゲームデータの保存方式

磁気記憶装置（ゲーム）

• ディスクカード (画像:Wikipedia)
  • クイックディスク規格 (両面合わせて112KB)
    • ケースの形状のみ，通常のクイックディスクとは微妙に異なる
• 64DDディスク (画像:Wikipedia)
  • 64MB，うち半分以上が書き込み領域
    • 1つのゲームに割り当てる書き込み領域としては，当時はかなりの大容量
• カセットテープ
  • 80年代のパソコンで主流だった方式の一つ
  • ゲーム機採用例: ファミリーベーシック専用データレコーダー (1984, 任天堂)

ドラゴンクエスト（1986, エニックス）

ふっかつのじゅもん

• ゲームの進行状況を表す，20文字のひらがな文字列
  • よく「パスワード」と呼ばれる方式だが，個人認証で用いるパスワードとは意味が異なる
  • ゲームを中断するときに，そのひらがなを（手書きで）メモ
  • 次にゲームを開始するときに入力すると，ゲームを再開可能
• 使用可能なひらがな：64文字
  • ひらがな1文字あたり6bitのビット列に対応
  • 6bit x 20文字 = 120bit のビット列を，「ひらがなの列」というメモしやすい形にして人間に記憶させる方式
• 今試すなら，復刻版でも（http://www.dragonquest.jp/25th/dq123/ 2011, スクウェア・エニックス）

ドラゴンクエストIII (1988, エニックス)

• バッテリーバックアップによるゲーム保存方式を採用
  • ゲーム終了時には「リセットボタンを押しながら電源を切る」必要あり
    • リセットボタン押下中はカートリッジへの信号が途切れるため．電源OFFによるノイズを防ぐための手段
    • 後のゲーム機はバッテリーバックアップの存在を前提とした機構になったため，リセットボタン押下のテクニックは不要
• 電池が切れると・・・ → ぼうけんのしょはきえてしまいました http://www.youtube.com/watch?v=gQf_QTsvXCU (YouTube)
  • 矛盾に気づく学生は案外少ないが，正確にはこれは「電池が切れた時の挙動」ではない
    • 電池が切れる→データが消える，ということは「データが存在した」こと自体を把握する手段がない
    • データが消えた事を把握できる → 「正常なデータ」が消えた，という意味（誤ったデータが存在している）
    • 情報論に関連するネタ

ニンテンドウ64 (1996, 任天堂)

• 名称の"64"は，CPUのビット幅
  • 当時の主流ゲーム機はいずれも32bitCPUを使用
• 主記憶装置を拡張できるゲーム専用機（唯一？）
  • 4MB拡張RAM

セガサターン (1994, セガ)

• 32bitCPUを2個搭載
  • 当時のキャッチフレーズは「64bit級」・・・っておい．
    • 参考: http://www.youtube.com/watch?v=SYKR7MW0WPk （Ecco The Dolphin Saturn CG Promo - Sega VHS 1994 0:20あたりから）

沙羅曼蛇 (ファミコン版, 1988, コナミ)

• 処理落ちの事例として使用
  • ステージ2: 上から隕石が大量に降ってくる場面でレーザーを撃ちまくると，全体の動きがゆっくりになる
  • 実機でデモするにはその場面まで行くのに時間がかかるのと，大体そういうときに限って操作ミスしまくるので，事前にビデオに収録

CPUの性能

• 近年はマルチコアプロセッサが主流になり，単純に数値での性能指標がしにくくなってきた（ので説明しにくい・・・）

PCエンジン CD-ROM^2

• 補助記憶装置・・・640MB (CD-ROM)
• CPU・・・クロック数： 7.16MHz，ビット幅：8bit
• 主記憶装置・・・8kB+64kB
  • 実質，大容量のCD-ROMの大部分は「生歌・生演奏」（つまり音楽CDとしての再生）が占めていた

カセットビジョン

• ゲーム機本体にCPUがない
  • カートリッジ内にCPUとゲームデータをセットにした1チップを搭載
    • 本体価格を抑えることには成功，だがソフトウェアの価格は情報

その他

• 外国のプロレスゲームで，Now Loadingの頻度や長さが上記のゲームの比でないレベルのものもあったのだが，タイトルを失念．