応用情報処理技術者試験の対策サイトです。 応用情報処理技術者試験の午前問題を中心とした基礎用語の解説を中心に掲載します。書き始めたばかりなので、内容はまだまだ不十分です。
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3.コンピュータ

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▲后璽僉璽僖ぅ廛薀ぅ
スーパースカラ
VLIW
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「パイプライン」は元々、天然ガスなどの輸送路。
CPUにおけるパイプラインは不明
IntelのMPUでも当然のように採用されている。

パイプラインに関して過去問(H28年秋午前問11)では、「各命令のフェッチ,デコード,実行,演算結果の出力などの各段階を並列に処理する」とあります。

a
(H28年秋午前問8参照より)

▲后璽僉璽僖ぅ廛薀ぅ
パイプラインを強化するために、1サイクルの処理時間を短くする。
Pentium→Xeonでさらに強化

スーパーパイプラインに関して過去問では、「パイプラインを更に細分化することによって,高速化を図る方式である(H27春高度AM1問4)」とあります。

d
(H28年秋午前問8をもとに、筆者が改変)

スーパースカラ
複数のパイプラインを並列で処理
現在のMPUではすべて採用されている。

スカラ(scalar)は、正しくは「スケーラ」
「スケールの大きい人」などのスケールである。

スーパースカラに関して過去問では、「複数のパイプラインを用い,同時に複数の命令を実行可能にすることによって,高速化を図る方式である(H27春高度AM1問4)」、「命令を並列実行するためのアーキテクチヤであって,複数の命令を同時に実行するとき,命令を実行する演算器をハードウェアによって動的に割り当てる方式(H24秋高度AM1問4)」、「パイプラインを複数用意し,同時に複数の命令を実行する(H23秋SM午前2問19)」とあります。

b
(H28年秋午前問8参照より)

VLIW(Very Long Instruction Word)
英語の意味のまま。命令語長を長くして、1命令で複数の処理をできるようにする。
VLIWに関して過去問では、「命令語を長く取り,一つの命令で複数の機能ユニットを同時に制御することによって,高速化を図る方式である(H27春高度AM1問4)」とあります。

ゥ泪襯船廛蹈札奪
言葉のまま。プロセッサが複数。
ユニプロセッサ(CPUが一つ)では、いくらパイプライン制御などをしても限界がある。

問21 フラッシュメモリに関する記述として,適切なものはどれか。

ア 高速に書換えができ,CPUのキャッシュメモリに用いられる。
イ 紫外線で全内容の消去ができる。
ウ 周期的にデータの再書込みが必要である。
エ ブロック単位で電気的に内容の消去ができる。
正解は、エです。

応用情報技術者試験のシラバスでは、補助記憶装置に関して、以下の記載があります。
(3)補助記憶装置
代表的な補助記憶装置や記憶媒体の種類,特徴,仕組み,用途,装置の諸元に基づく記憶容量や,平均アクセス時間の計算方法を理解する。

用語例 ハードディスク装置,SSD(ソリッドステートドライブ),SD/SDHC/SDXC カード,CD-R/RW ドライブ,ブルーレイドライブ,DVD-R/RW ドライブ,磁気テープ装置,トラック,シリンダ,ブロック化因数,IBG(Interblock Gap:ブロック間隔),セクタ,トラック密度,スピンドル,アクセスアーム,磁気ヘッド,固定ディスク,デフラグメンテーション,シークタイム,サーチタイム,データ転送時間,データ転送速度,ボリューム,ボリュームラベル,見出しラベル,後書きラベル,ディスクアレイ,RAID
応用情報技術者試験を勉強する成子 

ハードディスク装置というのは、外付けハードディスクのことですか?
いえ、PCに内蔵のハードディスクが補助記憶装置の代表です。主記憶装置(メインメモリ)以外の記憶装置が補助記憶装置と考えてもいいでしょう。(まあ、キャッシュメモリなどもありますが・・・)
また、外部記憶媒体としての外付けのHDDやUSBメモリも補助記憶装置の一つです。

H24春IP
問63 PCの補助記憶装置であるハードディスク装置の説明として,適切なものはどれか。
ア CD-ROM装置に比べて読み書きの速度は遅い。
イ 主記憶装置としても利用される。
ウ データの保持に電力供給が必要である。
エ ランダムアクセスが可能である。
正解はエ。
ウと迷ったかもしれませんが、「データの保持に」という点がポイントです。メインメモリと違って電源を切ってもデータは消えませんので、ウは不正解です。

H28春IP
問72 機械的な可動部分が無く,電力消費も少ないという特徴をもつ補助記憶装置はどれか。
ア CD-RWドライブ
ウ HDD
イ DVDドライブ
エ SSD

H27秋FE午前
問16 システム全体のスループットを高めるために,主記憶装置と低速の出力装置とのデータ転送を,高速の補助記憶装置を介して行う方式はどれか。
ア スプーリング
イ スワツピング
ウ ブロッキング
エ ページング
⇒スプーリング

H25春IP
問70 コンピュータの補助記憶装置であるDVD装置の説明として,適切なものはどれか。
ア 記録方式の性質上, CD-ROMを読むことはできない。
イ 小型化することが難しく,ノート型PCには搭載できない。
ウ データの読出しにはレーザ光を,書込みには磁気を用いる。
エ 読取り専用のもの,繰返し書き込むことができるものなど,複数のタイプのメディアを利用できる。

応用情報技術者のシラバスでは、パイプラインハザードに関して、データハザード,構造ハザード,制御ハザードの3つがキーワードとして掲載されています。

H26秋SM午前2
問19 パイプラインハザード対策に関する記述のうち,アウトオブオーダ実行方式を用いたものはどれか。
ア 演算に必要なデータがそろうまで実行が待たされている命令によって,後続の命令の実行が待たされることを防ぐために,既にデータがそろっている後続の命令があれば,それを先に実行する。
イ 条件分岐命令の判定結果が分かるまで分岐後の命令実行が待たされることを防ぐために,分岐する確率が高い方の命令を先読みして実行する。
ウ 前の命令の演算結果がレジスタに書き込まれるまで次の命令の実行が待たされることを防ぐために,プロセッサ内にバイパス経路を設け,演算結果を演算器に直接入力して次の命令を実行する。
エ レジスタヘのアクセスが競合して後続の命令の実行が待たされることを防ぐために,クロックサイクルを細分化し,サイクル前半を書込み,後半を読出しとすることで競合なく命令を実行する。

⇒ア
アの前半は、データハザードの説明。そのデータが無いと、次が実行できない場合です。
イの前半は、制御ハザードの説明。分岐結果によって、次の動作が変わりますからね。
エの前半は、構造ハザードの説明(たぶん)。アクセスが競合することで、命令の実行がストップします。
  
H26秋AP午前 
問7 パイプライン方式のプロセッサにおいて,パイプラインが分岐先の命令を取得するときに起こるハザードはどれか。
ア 構造ハザード
イ 資源ハザード
ウ 制御ハザード
エ データハザード

⇒ウの制御ハザード(分岐ハザード)

H25春AP午前
問10 CPUのパイプラインハザードのうち,制御ハザードの発生原因として,適切なものはどれか。
ア キヤツシュミス
イ 先行する命令の結果に依存する演算命令
ウ ハードウェア資源の競合
工 分岐命令

⇒エの分岐命令

マルチプロセッサシステムに関して、応用情報技術者試験のシラバスでは、以下の記載があります。
(11)マルチプロセッサシステム
複数のプロセッサを搭載し,高速化や高信頼化を実現したシステムについて,種類,特徴, 仕組み,マルチプロセッサシステムを適切に組み合わせた基盤設計を理解する。

用語例 疎結合マルチプロセッサシステム,密結合マルチプロセッサシステム,タンデム 結合マルチプロセッサシステム,アレイコンピュータシステム,アムダールの法 則,同期, SMP(Symmetric Multi Processing:対称型マルチプロセッシング), クラスタ,トーラス,ハイパキューブ,ハイパツリー

キャッシュメモリとは
キャッシュメモリに関して過去問(H22春FE午後問1)では、「キャッシュメモリとは,主記憶とCPUの間に置く高速アクセスが可能なメモリである。キャッシュメモリとCPU及び主記憶との関係を図1に示す。データをキャッシュメモリに保持しておくことによって、CPUは速度の遅い主記憶に直接アクセスしなくて済むので,処理の高速化が図れる。」とあります。
実際に、過去問(H22春FE午後問1)をみてみましょう。
問1 キャッシュメモリに関する次の記述を読んで,設問1,  2に答えよ。

キャッシュメモリとは,主記憶とCPUの間に置く高速アクセスが可能なメモリである。キャッシュメモリとCPU及び主記憶との関係を図1に示す。データをキャッシュメモリに保持しておくことによって、CPUは速度の遅い主記憶に直接アクセスしなくて済むので,処理の高速化が図れる。
1

ここでは,ハードウェアのアーキテクチャを次のように仮定する。
(1)主記憶はブロック(1ブロックは100語から成る)に分割されている。各ブロックには,その先頭番地が小さいものから順に1,  2,  3,…とブロック番号が振られている。主記憶とキャッシュメモリ間はブロック単位でデータが転送される。
(2)キャッシュメモリには,命令を保持しておく命令キャッシュと,データを保持しておくデータキャッシュの2種類がある。ここでは,データキャッシュ(以下,キャッシュという)だけを考える。
応用情報技術者試験を勉強する成子 

Proxyサーバもキャッシュによって高速化する機能があります。
はい。キャッシュメモリもProxyサーバのキャッシュ機能と同様と考えればいいでしょう。

また、キャッシュメモリの効果として,過去問(H28年春FE午前問11)では、「主記憶から読み出したデータをキャッシュメモリに保持し,  CPUが後で同じデータを読み出すときのデータ転送を高速に行う。」とあります。

キャッシュメモリは多段構成になっていることが多い。
1次キャッシュ、2次キャッシュと呼ばれる
1次キャッシュは容量が小さいが高速、2次キャッシュは容量が大きいが低速であることが多い。
2次キャッシュにもなければ、メインメモリに問い合わせされる。

過去問(H24年春IP問65)では、CPUのキャッシュメモリに関して、「1次キャッシュは最初にアクセスされ,2次キャッシュは1次キャッシュにデータがないときにアクセスされる。」と述べられています。

過去問(H22春FE午後問1)をみてみましょう。
(2)キャッシュメモリには,命令を保持しておく命令キャッシュと,データを保持しておくデータキャッシュの2種類がある。ここでは,データキャッシュ(以下,キャッシュという)だけを考える。
(3)キャッシュの構成は,図2のとおりとする。
キャッシュは,ディレクトリ部とデータ部から成る。

(中略)

(ハ)フラグ:対応するデータ部のバッファにブロックを読み込んだとき,0に初期化される。対応するデータ部のバッファに保持されている内容がCPUの処理によって変更されると,1に変わる。
2
キャッシュにはまず、プログラムなどの命令を保持しておく命令キャッシュと、データを保持しておくデータキャッシュがあります。プログラムなどの命令は、基本的には変わりません。でも、データは演算処理などをすると変わりますよね。
応用情報技術者試験を勉強する成子 

じゃあ、キャッシュ(メモリ)だけじゃなく、本当のデータを保存しているメインメモリのデータも変える必要がありますね。




そうなんです。

過去問(H22春FE午後問1)をもとに、主記憶(メインメモリ)へのデータの割り当てに関して理解を深めましょう。
(1)主記憶はブロック(1ブロックは100語から成る)に分割されている。各ブロックには,その先頭番地が小さいものから順に1,2,3,…とブロック番号が振られている。
このように、ブロックに分割されています。具体的な様子は後半に記載します。

ではここで、プログラムを実行します。プログラムの概要は以下です。(問題文より)
i: 99, i≧0, -1
・A[i] ← A[i] + B[i] + C[i]
・D[i] ← A[i]
このプログラムについて、簡単に解説します。
iの初期値は99です。iに-1を順に加えて、0になるまで続けます。つまり、iは、99,98,97・・・0
・A[i] に A[i] + B[i] + C[i]の合計を入れます。
・D[i] に A[i]の値を入れます。

問題文の続きです。
(1)配列A,B,C及びDは100個の要素から成り, 1要素は1語である。添字は0から始まるものとする。
4つの配列A[i]、B[i]、C[i]、D[i]は、100個の要素からなります。A[0]、A[1]・・・A[100]です。

さて、問題文の続きです。
(1)配列A,B,C及びDは100個の要素から成り, 1要素は1語である。添字は0から始まるものとする。
(2)データ領域の主記憶への割付けは,次のとおりとする。
Aの配列領域:4000~4099番地(ブロック番号41)
 A[0]は4000番地,A[1]は4001番地という順に割り付けられる。
Bの配列領域:4100~4199番地(ブロック番号42)
cの配列領域:4200~4299番地(ブロック番号43)
Dの配列領域: 4300~4399番地(ブロック番号44)
定数-1と99の格納領域:4400,  4401番地(ブロック番号45)
(3)変数iはレジスタを使用し,主記憶への割付けは行わない。
この問題文および、その後の問題文表1から、主記憶(メインメモリ)には、プログラムやデータ(配列の値含む)は、以下のようになっていることが分かります。

memori

論理回路の図は、過去問の冒頭に記載されています。
たとえば、以下のp2
https://www.jitec.ipa.go.jp/1_04hanni_sukiru/mondai_kaitou_2008h20_1/2008h20h_es_am_qs.pdf

as


上から5つくらいは、事前に見ておくといいかもしれません。
応用情報技術者試験を勉強する成子
 

欄外にあるように、○は「反転または否定」なんですね。
覚えやすい。


はい。
ただ、覚えなくても、問題は解けるように配慮されています。

以下にも一部書いておりますが、上記の真理値表を整理します。
http://sm.seeeko.com/archives/65908925.html
真理値表

入出力デバイスに関して、応用情報技術者試験のシラバスでは以下の記載があります。
(1)入出力インタフェース
入出力インタフェースの種類と特徴
入出力インタフェースの種類,転送方式,伝送速度,接続可能台数,用途などの特徴を理解する。
用語例 USB,RS-232C,IEEE 1394,SCSI,HDMI,PC カード,シリアルATA, Bluetooth,ZigBee,IrDA,NFC,FC(ファイバチャネル)

データ転送の方式と接続形態
シリアルデータ転送方式とパラレルデータ転送方式や,周辺装置を接続する際の接続形態(トポロジ)の種類,特徴,使用される機器を理解する。

用語例 アナログ,ディジタル,スター接続,カスケード接続,ハブ,デイジーチェーン接続,ターミネータ,ツリー接続

入出力制御の方式
CPU を介さない転送方式であるDMA 方式やチャネル制御方式を理解する。また,入出力割込みが果たす役割を理解する。

用語例 プログラム制御方式,DMA(Direct Memory Access:直接記憶アクセス)方式,チャネルコマンド,光チャネル,オフラインシーク,オフラインサーチ,超高速チャネル,拡張チャネルシステム

チャネルの種類と特徴
チャネルの種類,特徴,動作モードを理解する。

用語例 マルチプレクサモード,バーストモード

(2)デバイスドライバ
デバイスドライバの役割,プラグアンドプレイ,ホットプラグの機能,デバイスとの同期を理解する。

入出力装置に関しては、以下です。

(1)入力装置
代表的な入力装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。

用語例 ポインティングデバイス(マウス,タッチパネル,タッチスクリーン,ジョイスティック,トラックボール,デジタイザ,ペンタブレットほか),キーボード,音声入力装置,画像入力装置(スキャナ,OCR,OMR,ディジタルカメラほか),生体認証装置,バーコード読取装置,磁気カード読取装置,IC カード読取装置,A/D コンバータ

(2)出力装置
代表的な表示装置や出力装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。また,画像のデータ容量などに関連する計算方法を理解する。

用語例 CRT ディスプレイ,液晶ディスプレイ,TFT 液晶,STN 液晶,有機EL ディスプレイ,プラズマディスプレイ,インタレースモード,ノンインタレースモード,テキストモード,グラフィックスモード,パックトピクセル方式,プレナピクセル方式,VGA,SVGA,XGA,電子ペーパ,インパクトプリンタ,ノンインパクトプリンタ,シリアルプリンタ,ラインプリンタ,ページプリンタ,レーザプリンタ,インクジェットプリンタ,3D プリンタ,プロッタ,D/A コンバータ,プロジェクタ,音声出力装置

(3)補助記憶装置
代表的な補助記憶装置や記憶媒体の種類,特徴,仕組み,用途,装置の諸元に基づく記憶容量や,平均アクセス時間の計算方法を理解する。

用語例 ハードディスク装置,SSD(ソリッドステートドライブ),SD/SDHC/SDXC カード,CD-R/RW ドライブ,ブルーレイドライブ,DVD-R/RW ドライブ,磁気テープ装置,トラック,シリンダ,ブロック化因数,IBG(Interblock Gap:ブロック間隔),セクタ,トラック密度,スピンドル,アクセスアーム,磁気ヘッド,固定ディスク,デフラグメンテーション,シークタイム,サーチタイム,データ転送時間,データ転送速度,ボリューム,ボリュームラベル,見出しラベル,後書きラベル,ディスクアレイ,RAID

(4)その他の入出力装置
代表的な通信制御装置,駆動装置,撮像装置の種類,特徴,仕組み,用途を理解する。

用語例 有線LAN インタフェースカード,無線LAN インタフェースカード

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