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基本情報技術概論 ( 第９回 )

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. 計算機システムの信頼性. 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

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基本情報技術概論 ( 第９回 )

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 計算機システムの信頼性

  3. 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 ___________ ___________

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

  5. システムの信頼性評価の指標 (RASIS) • 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 Reliability (信頼性) Availability (可用性) Serviceability (保守性) Integrity (保全性) Security (機密性)

  6. 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

  7. 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

  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 ） 例) 1 – (1 - 0.9) x (1 - 0.8) = 1 – 0.1 x 0.2 = 0.98 システム Ａ 稼働率 0.9 システム Ｂ 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

  9. 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 Ｂ Ｃ Ａ Ｄ

  10. A C B 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)

  11. 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

  12. 計算機 アーキテクチャ

  13. 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

  14. コンピュータの構成 (第１回の復習) CPU • 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

  15. 補助記憶装置

  16. 補助記憶装置 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

  17. 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 ハードディスク ヘッド 磁気ディスク ___________ ___________ ___________

  18. 暗記するのではなく、考え方を理解してください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 待ち時間 データ _______ セクタ トラック ___________ • 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？

  19. ＲＡＩＤ • 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 • RAID 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 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ

  20. 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

  21. 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 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

  22. 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) イ

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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 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

  27. … 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

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

  29. 練習： データ量 横 25.4cm、縦 38.1cm の画像を、解像度 600dpi、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 2.54cm とする。 (H17年度 春) 162

  30. 練習： 転送速度 データ転送速度が 15M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

  31. この文面は、TOKYO TECH OCW の利用条件を参考にしました この教材のご利用について • この教材は、以下に示す利用条件の下で、著作権者にわざわざ許諾を求めることなく、無償で自由にご利用いただけます。講義、自主学習はもちろん、翻訳、改変、再配布等を含めて自由にご利用ください。 • 非商業利用に限定 • この教材は、翻訳や改変等を加えたものも含めて、著作権者の許諾を受けずに商業目的で利用することは、許可されていません。 • 著作権の帰属 • この教材および教材中の図の著作権は、次ページ以降に示す著作者に帰属します。この教材、または翻訳や改変等を加えたものを公開される場合には、「本教材 (or 本資料) は http://www.al.ics. saitama-u.ac.jp/horiyama/OCW/ の教材です (or 教材を改変したものです」 との旨の著作権表示を明確に実施してください。なお、この教材に改変等を加えたものの著作権は、次ページ以降に示す著作者および改変等を加えた方に帰属します。 • 同一条件での頒布・再頒布 • この教材、または翻訳や改変等を加えたものを頒布・再頒布する場合には、頒布・再頒布の形態を問わず、このページの利用条件に準拠して無償で自由に利用できるようにしてください。

  32. この教材のご利用について • 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 horiyama@al.ics.saitama-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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