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基本情報技術概論 ( 第9回 )

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基本情報技術概論 ( 第9回 ) - PowerPoint PPT Presentation


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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. 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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Presentation Transcript
slide1

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

slide3
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

___________

___________

slide4
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

rasis
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)

slide6
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

slide7
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

slide8
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

slide9
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

slide10

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)

slide11
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)

slide13
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

slide14
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
slide16
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

slide17
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

___________

___________

___________

slide18

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?
slide19
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

slide20
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

データ

slide21
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

slide22
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)

slide23

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

slide24
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

slide25
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

slide26

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
slide27

… 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
slide28
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
slide29
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

slide30
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

slide33

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。
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slide34
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