基本情報技術概論 ( 第９回 )

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計算機システム

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

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計算機システムの信頼性

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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

用語集：　信頼性の高いシステム

___________

___________

___________

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用語：　バスタブ曲線

時間

故障頻度

初期故障

　

→

偶発的な故障

　

→

消耗故障

　→

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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

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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

MTTR

MTBF

稼動故障・・・

___________

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直列構成のシステム

稼働率 = Ａの稼働率 x Ｂの稼働率

例 ) 0.9 x 0.8 = 0.72

システムＡシステムＢ

稼働率 0.9

稼働率 0.8

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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）

例 ) 1 – (1 - 0.9) x (1 - 0.8) = 1 – 0.1 x 0.2 = 0.98

システムＡ

システムＢ

稼働率 0.9稼働率 0.8

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

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直列と並列の混ざったシステム

部分ごとに、順番に稼働率を計算

ＢＣ

ＤＡ

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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。A

BC

(H19 年度秋 )

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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 )

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計算機アーキテクチャ

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主記憶 (main memory, メモリ ) に、プログラムとデータを置く

出力装置入力装置

制御装置

補助記憶装置

CPU

演算装置

コンピュータの構成 ( 第１回の復習 +α)

主記憶装置

プログラムとデータの保存・蓄積電源を切ると消え

る

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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

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補助記憶装置

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比較的低速

比較的高速

補助記憶装置

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回だけ書込可能何度でも書込可能

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ハードディスク

セクタ記録はセクタ単位

トラックを分割

トラック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

___________

___________

___________

ヘッド

磁気ディスク

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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？

ディスクの計算暗記するのではなく、考え方を理解してください

データ

セクタ

トラック

_______

___________

待ち時間

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ＲＡＩＤ

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）

ＥＣＡ

ＦＤＢＡＢＣＤＥＦ

データＲＡＩＤコントローラ

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

___________

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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

ＦＥＤＣＢＡ

ＦＥＤＣＢＡ

ＡＢＣＤＥＦデータ

ＲＡＩＤコントローラ

___________

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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）

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

ｐＣＡ

ＥｐＢ

ＡＢＣＤＥＦデータＲＡＩＤコントローラ

ＦＤｐ

___________ B)BA(A

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練習： RAID

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 )

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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

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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

バーコードQR コード

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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

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

画素数

5 M ピクセルともいう

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出力装置

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

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

dpi (dot per inch)

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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

… ２つのモノの間をとりもつ　　仕組み /規格

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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

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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 )

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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 )

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この文面は、 TOKYO TECH OCW の利用条件を参考にしました

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配布場所 http://www.al.ics.saitama-u.ac.jp/horiyama/OCW/

この powerpoint ファイルの著作者堀山貴史　 2007-2010 [email protected]

u.ac.jp 改変等を加えられた場合は、お名前等を追加してください

図の著作者 p. 13, 16, 17, 24

ハードディスク : 堀山貴史 CPU, メモリ , キーボード , USB :

http://webweb.s92.xrea.com/ パソコン , ディスプレイ , プリンタ , マウス , FD, CD :

Microsoft Office Online / クリップアート p. 10, 11, 18, 22, 25, 26, 29, 30

クリップアート : Microsoft Office Online / クリップアート

その他堀山貴史

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