基本情報技術概論（第９回） 埼玉大学 理工学研究科 堀山 貴史 2009/12/16 基本情報技術概論 (第９回) 計算機システム 埼玉大学 理工学研究科 堀山 貴史 2008/01/23

計算機システムの信頼性

フォールト トレラント (fault tolerant) 用語集：　信頼性の高いシステム ___________ フォールト トレラント (fault tolerant) 一部が故障しても、本来の機能を維持する 例) 連続稼動が必要なシステム、人命にかかわるシステム フェイル セーフ (fail safe) 故障が発生した時に、安全を維持する 例) エレベータのブレーキ制御が故障したら、自然とブレーキがかかる フェイル ソフト (fail soft) 故障が発生しても、(機能が全面停止せずに) 必要最小限の機能を維持する 例) 飛行機のエンジンが故障しても、滑空して緊急着陸する ___________ ___________

用語：　バスタブ曲線 初期故障　→ 偶発的な故障　→ 消耗故障　→ 故障頻度 時間

システムの信頼性評価の指標 (RASIS) Reliability (信頼性) Availability (可用性) Serviceability (保守性) Integrity (保全性) Security (機密性) 故障しにくいこと → MTBF (平均故障間隔) 稼働率が高いこと 障害から回復しやすいこと → MTTR (平均修理時間) データ破壊や不整合が 起こりにくいこと 不正アクセスがされにくいこと

システムの稼働率 平均故障間隔 (Mean Time Between Failure) 平均修理時間 (Mean Time To Repair) 稼働率 = ___________ MTBF MTBF + MTTR 稼動 故障 稼動 故障 ・・・ MTBF MTTR

直列構成のシステム 稼働率 = Ａの稼働率 x Ｂの稼働率 システム Ａ システム Ｂ 稼働率 0.9 稼働率 0.8

並列構成のシステム 故障 = Ａが故障 ∧ Ｂが故障 稼働率 = 1 - （ 1 - Ａの稼働率 ） x （ 1 - Ｂの稼働率 ） システム Ａ 稼働率 0.9 システム Ｂ 稼働率 0.8 故障 = Ａが故障　∧　Ｂが故障 稼働率 = 1 - （ 1 - Ａの稼働率 ） x （ 1 - Ｂの稼働率 ） 例) 1 – (1 - 0.9) x (1 - 0.8) = 1 – 0.1 x 0.2 = 0.98 注：　稼動状態を全部考えても良い Ａ 稼動 Ｂ 稼動、Ａ 稼動 Ｂ 故障、Ａ 故障 Ｂ稼動 0.9 x 0.8 + 0.9 x 0.2 + 0.1 x 0.8 = 0.98

直列と並列の混ざったシステム Ｂ Ｃ Ａ Ｄ 部分ごとに、順番に稼働率を計算

以下のシステム全体としての稼働率はいくらか。 ここで、A ～ C の稼働率は、すべて 0.8 とする。 練習： システムの稼働率 以下のシステム全体としての稼働率はいくらか。 ここで、A ～ C の稼働率は、すべて 0.8 とする。 (H19年度 秋) A B C

イ. MTBF, MTTR をそれぞれ半分にする。 ウ. MTBF を ２倍にし、MTTR を半分にする。 練習： システムの稼働率 稼働率が大きくなるのものはどれか。 ア. MTBF, MTTR をそれぞれ ２倍にする。 イ. MTBF, MTTR をそれぞれ半分にする。 ウ. MTBF を ２倍にし、MTTR を半分にする。 エ. MTBF を半分にし、MTTR を ２倍にする。 (H18年度 秋) ウ

計算機 アーキテクチャ

コンピュータの構成 (第１回の復習+α) CPU 主記憶 (main memory, メモリ) に、 プログラム と データを置く 制御装置 コンピュータの構成 (第１回の復習+α) CPU 主記憶 (main memory, メモリ) に、 プログラム と データを置く 制御装置 演算装置 入力装置 主記憶装置 出力装置 補助記憶装置 プログラムとデータの 保存・蓄積 電源を切ると消える

コンピュータの構成 (第１回の復習) 制御装置 主記憶装置のプログラム（命令）を取り出し、 解読し、その結果をもとに他の装置を制御する コンピュータの構成 (第１回の復習) 制御装置 主記憶装置のプログラム（命令）を取り出し、　解読し、その結果をもとに他の装置を制御する 演算装置 算術演算や論理演算、条件分岐用の比較などデータに対する演算を実行する 記憶装置（主記憶装置、補助記憶装置） プログラムやデータを記憶する 入力装置 … コンピュータ外部から入力 出力装置 … コンピュータ外部へ出力 CPU

補助記憶装置

補助記憶装置 半導体メモリ、フラッシュメモリ 磁気ディスク 光ディスク テープ 比較的 高速 半導体メモリ、フラッシュメモリ USB メモリ、SDメモリ、メモリースティック、 SSD (Solid State Drive) 磁気ディスク フロッピィ ディスク、ハードディスク 光ディスク CD (CD-ROM, CD-R, CD-RW) DVD Blu-ray Disc テープ 磁気テープ 読込のみ １回だけ書込可能 比較的 低速 何度でも書込可能

ハードディスク セクタ トラック シリンダ ヘッド 磁気 ディスク ___________ 記録はセクタ単位 トラックを分割 ディスクを同心円で分割したもの シリンダ 同じ位置のトラックをまとめたもの ___________ ___________

ディスクの計算 アクセス時間 データの伝送時間 や 記憶容量 位置決め時間 ： ヘッドを目的のトラックまで移動 暗記するのではなく、 考え方を理解してください ディスクの計算 アクセス時間 位置決め時間 ： ヘッドを目的のトラックまで移動 回転待ち時間 ： 目的のセクタがヘッドまで回転 (平均して、１/2 回転分を待つ) データ転送時間 ： データを実際に転送 データの伝送時間 や 記憶容量 「りんご」が ７個 「りんご」を ３個ずつ「カゴ」に入れる 「カゴ」を ２個ずつ「箱」に入れる 何箱必要？ 待ち 時間 データ _______ セクタ トラック ___________

ＲＡＩＤ ＲＡＩＤ０ （ストライピング） 複数のハードディスクを組み合わせて、 仮想的に１台の大きなハードディスクに見せる RA I D の R は Redundant → 冗長性を持たせて、障害に強く データを、複数のディスクに分散 （高速なアクセス） 耐障害性がない （厳密には RAID ではない） ＲＡＩＤ０　（ストライピング） ___________ ＲＡＩＤ コントローラ データ Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ

ＲＡＩＤ１ （ミラーリング） ___________ 同じデータを、複数のディスクに書き込む ＲＡＩＤ１　（ミラーリング） ___________ 同じデータを、複数のディスクに書き込む ディスクの利用効率が悪い （例では、全容量の約半分） 耐障害性は向上 ＲＡＩＤ コントローラ Ａ Ａ データ Ｂ Ｂ Ｃ Ｃ Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｄ Ｄ Ｅ Ｅ Ｆ Ｆ

ＲＡＩＤ５ ___________ ストライピング （データを、複数のディスクに分散） パリティ （１つ故障しても、パリティを利用して復旧） ストライピング　（データを、複数のディスクに分散） パリティ　（１つ故障しても、パリティを利用して復旧） 耐障害性が高い / ディスクの利用効率が良い 読み込みは高速、 書き込みはパリティを計算するので低速 データ ＲＡＩＤ コントローラ Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ａ Ｂ ｐ Ｃ ｐ Ｄ ｐ Ｅ Ｆ

RAID0の説明として、適切なものはどれか。 ア. 高価ではあるが信頼性の高い磁気ディスクを複数台 制御し、主として大容量化を目指している。 イ. 細分化したデータを複数の磁気ディスクに巡回的に 並列入力することによって、転送速度の向上を図って いる。 ウ. 冗長な磁気ディスクを必要とせず、各ブロックごとに CRC によるエラー訂正を行っている。 エ. 廉価な複数の磁気ディスクで構成し、OS による制御 で信頼性と高性能化を図っている。 (H13年度 春) イ

生協やパソコンショップのカタログなど、 身近なところで機械を探してみてください 入出力装置 生協やパソコンショップのカタログなど、 身近なところで機械を探してみてください

入力装置 （文字、数字） キーボード OCR (Optical Character Reader) 手書きの文字を読み込む 例） 郵便番号 OMR (Optical Mark Reader) マークシートを読み込む バーコード リーダ ＱＲコード リーダ QR コード バーコード

入力装置 （座標 / 画像） 座標 マウス ジョイスティック タブレット、ディジタイザ 画像 スキャナ デジタルカメラ etc 画素数 ペンと、位置入力用の板 画像 スキャナ デジタルカメラ etc 画素数 画像は点の集まりとして扱われる 横 2,592 x 縦 1,944 ≒ 500万画素 5 M ピクセル ともいう

出力装置 プリンタ ディスプレイ dpi (dot per inch) 1 インチ (2.54 cm) 当たりの点の数 横 2,400 dpi 縦 1,200 dpi … 1辺 1インチの正方形に 2,400 x 1,200 = 288万個の点 プリンタ レーザ プリンタ インクジェット プリンタ 熱転写プリンタ ドットインパクト プリンタ プロッタ ディスプレイ CRT ディスプレイ LCD ディスプレイ （液晶ディスプレイ） PDP （プラズマ ディスプレイ パネル） 電子ペーパー

インタフェース ＩＤＥ、ＥＩＤＥ … PC内蔵型のハードディスクなどを接続する ＳＡＴＡ … PC内蔵型のハードディスクなどを接続する … ２つのモノの間をとりもつ 　　仕組み/規格 インタフェース ＩＤＥ、ＥＩＤＥ … PC内蔵型のハードディスクなどを接続する 　　　　　　　　　　　　　パラレル インタフェース ＳＡＴＡ … PC内蔵型のハードディスクなどを接続する 　　　　　　　　　　　　　シリアル インタフェース ＵＳＢ (Universal Serial Bus) 汎用のシリアル インタフェース ハブを介してツリー状に機器を接続可能 ＩＥＥＥ 1394 FireWire、ｉＬｉｎｋ とも呼ばれる シリアル インタフェース Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ … 無線インタフェース ＩｒＤＡ … 赤外線短距離通信インタフェース

ユーザ インタフェース C U I (Character User Interface) 文字を使ってコマンドを入力する G U I (Graphical User Interface) メニューやアイコンを使って操作する

練習： データ量 横 25.4 cm、縦 38.1 cm の画像を、解像度 600 dpi、24 ビット の色情報を指定してスキャナで読み込むと、データ量は約 何 M バイトになるか。ここで、1 インチは 2.54 cm とする。 (H17年度 春) 162

練習： 転送速度 データ転送速度が 15 Mバイト/秒の PC カードを用いるとき、 1,000 x 750 画素の画像は、1 秒間に約何枚転送できるか。 ここで、画像は圧縮せず、1 画素は 24 ビットで表すものと する。 (H16年度 秋) 6.7 枚

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