(午前)」を出題範囲に沿って、各種問題を解きながら解説する連載の第2回です。今回は、「2.コンピュータシステム」を取り上げます。これらをつかさどる装置を「コンピュータの5大装置」と呼びます。図1にコンピュータの5大装置を示します。合わせて処理装置とも呼び、コンピュータ本体を指します。そのほかの「入力装置」はキーボードやマウスなど、「出力装置」はディスプレイやプリンタなどを指します。図1は試験にも頻出しています。装置の名称および役割は必ず覚えておきましょう。各装置の役割は下記のとおりです。全般的な制御を行う装置。格納されているデータを外部へ出力する装置それでは、問題を解いてみましょう。■問題1下記の図は、コンピュータの基本構成を示しています。図中の(A)および(B)に当てはまる適切な装置を選択してください。データを受け取り、演算を行い、その結果を戻す(A)は演算装置です。入力装置と出力装置の間でデータを流す(B)は主記憶装置です。下記のポイントを覚えておきましょう。上記のような問題で迷うことがなくなると思います。入力装置から主記憶装置にデータが入力される主記憶装置から出力装置にデータが出力される主記憶装置から演算装置にデータが送られ、演算装置から結果が戻される制御装置はすべての装置を制御するメモリの種類メモリとは、プログラムやデータを記録する装置のことで、一般的には主記憶装置のことを指します。Memory)の2種類に分類され、ROMでは電源を切っても記憶内容が保持されますが、RAMでは電源を切ると記憶内容が失われます。それぞれの種類は下記のとおりです。Memory)マスクROM出荷時からプログラムやデータが書き込まれているROM。Memory)DRAMデータを保持するために、一定時間ごとに再読み込み(リフレッシュ)が必要なメモリ。アクセス速度は低速であるが、記憶容量が大きく、コストも小さい。メインメモリに利用されるSRAMリフレッシュの必要なしにデータを保持できるメモリ。アクセス速度が高速であり、消費電力も小さいが、コストが高い。キャッシュメモリに利用される■問題2DRAMについて正しく説明している文を次の中から選択してください。a.フリップフロップ回路で作られているため、データを保持するためのリフレッシュが不要なメモリであるb.内部構成が複雑であるため、製造コストが高くなるc.コンデンサで構成されたメモリで、高集積化に適しているd.アクセス速度が高速であり、消費電力も小さい正解:c■解説2進数を10進数へ変換するには、まず2進数の各けたの重みを10進数に直してみます。重みは基数の乗数で表せますので、右から「1、2、4、8......」となります。DRAMは、コンデンサで構成されたメモリです。回路が単純であるため、高集積化に適しており、メインメモリに用いられます。そのほかの選択肢は、すべてSRAMを説明する文になっています。DRAMおよびSRAMに関する知識は正誤問題として出題される頻度が高いので、この問題の選択肢はすべて覚えておきましょう。メモリへのアクセスの高速化(キャッシュメモリ、CPUの平均アクセス時間)キャッシュメモリキャッシュメモリとは、CPUと主記憶装置の間に、処理を高速にするために設置されるメモリのことです。CPUがデータを使用すると、そのデータはキャッシュメモリに置かれ、次に同じデータを使用する場合にはキャッシュメモリ上のデータを読み込みます。主記憶のアクセス速度は遅いので、SRAMであるキャッシュメモリを利用することにより、処理を高速化できます。使用対象データがキャッシュメモリに存在する確率のことを「ヒット率」と呼びます。関連する用語は下記のとおりです。ランダムにアクセスするプログラムの場合、同じデータ(特定の領域)に繰り返しアクセスすることが少ないので、キャッシュメモリの効果は低いといえます。そのほかの選択肢について、不正解の理由は下記のとおりです。b:キャッシュメモリを汎用レジスタの代替として用いることはありません。c:キャッシュメモリの容量が大きいほどヒット率が上がり、主記憶装置にアクセスする回数が下がるため、アクセス時間は短くなりますが、反比例の関係にはなりません。d:キャッシュメモリと仮想記憶には、直接的な関係はありません。■問題4キャッシュメモリのアクセス時間が10ナノ秒でヒット率が70%、主記憶装置のアクセス時間が70ナノ秒の場合の実効メモリアクセス時間を次の中から選択してください。実効メモリアクセス時間(平均読み取り時間)は、キャッシュメモリのアクセス時間×ヒット率+主記憶装置のアクセス時間×(1−ヒット率)で計算することができます。この問題の実効アクセス時間を上記の公式に当てはめて求めると、下記のようになります。10×0.7+70×(1−0.7)=28正解はbです。■問題5キャッシュメモリのアクセス時間が主記憶装置のアクセス時間の1/20で、キャッシュメモリのヒット率が0.7の場合、主記憶装置の実効アクセス時間はキャッシュメモリを使用しない場合の何%であるか、次の中から選択してください。a.35.5%b.35%c.34%d.33.5%正解:d■解説この問題も、下記の公式により求めることができます。実効アクセス時間=キャッシュメモリのアクセス時間×ヒット率+主記憶装置のアクセス時間×(1−ヒット率)キャッシュメモリのアクセス時間を「1/20x」、主記憶のアクセス時間を「x」として、上記の公式に当てはめます。0.335x従って、主記憶装置の実効アクセス時間はキャッシュメモリを使用しない場合の33.5%です。オペレーティングシステム(OS)の3大管理OSが提供する機能の1つに、「制御プログラム」があります。これは、ハードウェアやソフトウェアの動作を制御するプログラムです。この制御プログラムの主な機能である「ジョブ管理」「タスク管理」「データ管理」の3つの管理機能をOSの3大管理と呼びます。OSの3大管理の中では、タスクの実行を監視し、CPUや主記憶装置を管理および制御する「タスク管理」についての問題が頻出しています。「スプーリング」についての問題がよく出されます。■問題6スプーリングを行う目的を次の中から選択してください。処理の比較的高速な主記憶装置と低速な入出力装置とでデータのやりとりを行う際、データを逐次転送するのでは、処理終了までにかなりの時間がかかります。そのため、いったん高速なハードディスクなどにすべてのデータを置き、そこから適宜データを転送させます。データ転送と主記憶装置の処理を並列に実行することで、スループットを向上させる機能が「スプーリング」です。そのほかの選択肢は、aは「タイムスライシング」、bは「オーバレイ」、dは「仮想記憶システム」についての説明となっています。■問題7スプーリングを利用してプリンタ出力を行うシステムで、下記の条件を満たすために必要なスプーリングファイルの容量を次の中から選択してください。条件より、1ジョブ当たりの印刷データが1MB、これがスプーリングファイル上では50%に圧縮されて0.5MBになります。0.5MBが1時間当たり200ジョブ処理され、最大3時間分の印刷データをスプーリングするので、計算式は、下記のようになります。0.5(MB/ジョブ)×200(ジョブ)×3(時間)=300(MB)正解はbです。実記憶管理コンピュータは、データやプログラムを主記憶装置に読み込んでから実行します。その際、主記憶装置のどの部分に記憶するかという記憶領域の割り当て/解放を管理する必要が出てきます。これを管理する機能のことを「実記憶管理」と呼びます。■問題8OSが記憶領域の割り当て/解放を繰り返すうちに、細分化された領域が多数発生する場合があります。この現象を次の中から選択してください。a.フラグメンテーションb.メモリリークc.ガーベジコレクションd.スワッピング正解:a■解説データやプログラムへの記憶領域の割り当てや解放を繰り返すうちに、主記憶装置の空き領域が細分化される現象のことを「フラグメンテーション」と呼びます。「記憶領域の断片化」と呼ばれることもあります。そのほかの選択肢の説明は下記のとおりです。これらも、実記憶管理の中で確認しておくポイントになりますので、用語は押さえておきましょう。メモリリークOSやアプリケーションが動的に確保したメモリ領域が解放されないまま残り、使用可能な主記憶の容量が減っていく現象のことです。メモリリークはほとんどの場合、OSやアプリケーションのバグが原因で発生し、PCが不安定になることがありますが、再起動することにより解消できます。ガーベジコレクション細かく分断された未使用のメモリ領域を移動し、ひとまとめにすることで、連続した大きな空き領域を作り、使用可能にする処理のことです。スワッピング主記憶装置の空き記憶領域が少ない場合に、優先度の低いデータやプログラムを補助記憶装置へ移動させ、補助記憶装置から優先度の高いデータやプログラムを読み込む方式のことです。主記憶装置と補助記憶装置の間で領域の内容を交換することで、システム全体の利用率を向上させることが可能になります。索引順編成ファイル索引情報も併せて記録するファイル区分編成ファイルファイルをいくつかのメンバと呼ばれる区分にし、メンバごとにレコードの変更を行えるようにしたファイルVSAM編成ファイル仮想記憶上で使用されるファイル■問題9直接編成ファイルの説明として適切なものを次の中から選択してください。編成ファイルは、レコードのキー値から直接格納するアドレスを求めて記録するファイルであるため、そのアドレスから直接レコードにアクセスすることが可能になります。そのほかの選択肢については、aが「区分編成ファイル」、bが「順編成ファイル」、cが「索引順編成ファイル」の説明になっています。■問題10索引順編成ファイルを構成する領域には3つあります。「基本データ領域」と「索引領域」、もう1つの領域を次の中から選択してください。ファイルを構成する領域には、索引情報が集められた「索引領域」、レコードが記録される「基本データ領域」、基本データ領域に入りきらなかった(あふれた)レコードを記録する「あふれ領域」があります。まとめ下記の内容をチェックしておきましょう。VSAM編成)次回は、「3.システムの開発と運用」および「4.ネットワーク技術」を取り上げます。(午前)をテーマとして取り上げています。「無料お試し版」もありますので、記事と併せてご覧ください。メールマガジンをご購読ください。申し込みページへITmediaはアイティメディア株式会社の登録商標です。