4/7 基本情報勉強進捗
ディスクキャッシュ(主記憶＆磁気ディスク間)
→主記憶のアクセス時間と磁気ディスクのアクセス時間とのギャップを補うため両者間に配置
参考:高速化。半導体メモリを使用の場合、主記憶装置の一部を使用する場合あり
キャッシュメモリ(CPU＆主記憶装置間)
→CPUと主記憶装置の間に配置
参考:小容量で高速化。
1次キャッシュと2次キャッシュ
→主記憶装置のアクセス時間とCPUの処理時間のギャップが大きい場合場合の効果が上がる構成
参考:CPUがアクセスする順番で名称がつく
1次キャッシュ→2次キャッシュ→主記憶の順にアクセス
ライトスルー方式
→キャッシュメモリにDの書込み命令が実行されたとき、キャッシュメモリと主記憶装置の両方を書きかえる
メリット:内容が常に同じなので制御は簡単
デメリット:書き込みの速度を上がる効果はない
ライトバック方式(速度重視)
→同じく命令が実行されたとき、キャッシュメモリだけを書きかえておき、主記憶装置の書きかえはブロックの入替時に行う
メリット:高速書き込み
デメリット:制御難
【実行アクセス時間】
→ヒット率、キャッシュメモリのアクセス時間、主記憶のアクセス時間で求める
アクセスするD
→キャッシュメモリか主記憶装置のどちらかに存在
ヒット率
→アクセスするDがキャッシュメモリに存在する確率
参考:キャッシュメモリのアクセス時間が長くかつ、ヒット率が高いと、主記憶の実行アクセス時間はもっとも短くなる
キャッシュメモリを使った実行アクセス時間
＝ヒット率*キャッシュアクセス時間+NFP*主記憶アクセス時間
【記憶装置のアクセス速度】 ～歴史ではやい～
→記憶装置のアクセス速度の速い順に並べる
(レ)ジスタ→(キ)ャッシュメモリ→(主)記憶→(デ)ィスクキャッシュ→(ハ)ードディスク・磁気ディスク
メモリインタリーブ
→主記憶をいくつかのアクセス単位(バンク)に分割、各アクセス単位をできるだけ並行させることによって実効的なアクセス時間を短縮し、高速化を図る方法
参考：ランダムにアクセスする場合、メモリインタリーブの効果は低くなる
イメージ：0～3までまとめてアクセスする
バンク0バンク1バンク2バンク3
0------- 1------ 2------ 3-----
| | | | | | | |
4------- 5------ 6------ 7-----
| | | |
------------------------------
|
CPU
マスクROM
→製造時に書き込まれた後は、ユーザは書き込めない
EPROM(Erasale PROM)
→紫外線照射で全消去
参考：書込み○、消去○
EEPROM(Electrically EPROM)
→電圧をかけて部分消去可能
参考：書込み○、消去○
フラッシュメモリ
→電圧をかけて全消去or部分消去可能
参考：書込み○、消去○
DRAM(Dyanamic RAM)
→コンデンサに電荷を備えた状態か否かによって1bitを表示
参考：低速、集積度高い、価格安い、主記憶装置に用いられる
デメリット：コンデンサは自然放電してしまう特性があるため、一定時間ごとに記憶内容を維持するためにリフレッシュ動作(再書き込み)が必要
SRAM(Static RAM)
→フリップフロップ回路で構成
メリット：電源供給されている限り、記憶内容を保持し続ける(リフレッシュ動作不要)
参考：キャッシュメモリで用いる。高速、集積度低い、価格高い
フリップフロップ回路
→2つの安定状態をもつ回路。1bitの情報を記憶。SRAMにて使用。
【アド指定】(アドレス修飾)
→命令実行時、アド指定方式を使用し、実行アド(有効アド)を計算。
参考：命令のアド部に対して飾り付けをして求める意味合い
実行アド
→処理対象のDが実際に格納されている主記憶装置上のアドのこと
即値アド指定
→命令のアド部にDを格納している方式
参考：命令のアド部⇒D
イメージ：
命令部 アド部
20 主記憶の参照を行わずDを取り出す
↑
D
直接アド指定(絶対アド指定)
→命令のアドレス部の値を実行アドとする方式
イメージ：
命令部 アド部 10 --
20 -------------→ 20 D
参考：アド部の値⇒実行アド
間接アド指定
→命令のアド部に実行アドを格納しているアドを格納する方式
参考：間接アドを二重、三重に行う場合あり
イメージ：
命令部アド部 主記憶
20 10 ー
－－－－－→20 25
25 D
相対アド指定(自己相対アド指定)
→命令のアド部の値と命令アドレスレジスタ(プログラムカウンタ)の値を加算し、実行アドとする方式
イメージ：
命令部アド部 主記憶
100 100
プログラムカウンタ 100＋50
50 ---------------→150 D
参考：アド部の値＋プログラムカウンタ(命令アドレスレジスタ)⇒実行アド
インデックスアド指定(指標アド指定)
→命令のアド部の値とインデックスレジスタの値を加算し、実行アドとする方式
イメージ：
命令部アド部 主記憶
200 アド
100
インデックスレジスタ 200+100
100 --------------→300 D
参考：アド部の値+インデックスレジスタ⇒実行アド
ベースアド指定(基底アド指定)
→命令のアド部の値とベースレジスタの値を加算し、実行アドとする方式
イメージ：
命令部アド部 主記憶
200 アド
100
ベースレジスタ 200+100
100 -------------------→300 D
参考：アド部の値+ベースレジスタ⇒実行アド
ウォークスルー
→レビュー対象物の作成者が責任者になり検証
参考：入力D値を仮定して、手続きをステップごとに机上でシュミレーションしながらレビュー
インスペクション
→第三者が責任者となり検証
参考：参加者の役割をきめておく、進行役(モデレータ)を固定する
メリット：レビューの焦点をしぼって迅速にレビュー対象を評価
デザインレビュー(レビュー)
→使用の不備や誤りを早期に発見し、手戻り工数の削減を図ること
レビュー資料
→レビュー用に用意するのではなく設計作業時に作られたものを使用
イメージ：
基本設計(レビュー)→外部設計(レビュー)→内部設計(レビュー)→プログラム設計(レビュー)→プログラミング(レビュー)→テスト(レビュー)
セクタ方式
→以下の様に記録する方式
ディスクの表面
→Dを記録する最小単位(セクタ)がある
トラック
→セクタがいくつか集まって同心円状のトラックができいくつか集まって1面を構成する
シリンダ
→中心から等距離にあるトラックの集まり
参考：Dをセクタ単位で読み書きする。1つのセクタに収まらない場合は、複数のセクタにまたいで記録
デメリット：1つのセクタには複数のDを書き込むこと不可
イメージ：
1000
←----------------------→
D D
512 512 余り24
セクタ セクタ
バリアブル方式
→Dを、ブロック単位で読み書きする方法
ブロック
→複数のレコードから構成
ブロック間隔(IBG:Inter Block Gap)
→ブロックとブロックの間にある
ブロック化係数
→1ブロックを構成するレコードの数
イメージ：
レコードレコードIBG レコードレコードIBG
←--------------→ ←-------------→
ブロック ブロック
ブロック化係数
【アクセス時間】
→磁気ディスクの性能を見る指標
参考：制御装置がDの読み書きの指令を出してから、Dの読み書きが終わるまでの時間
位置決め時間(シーク時間)+回転待ち時間+D転送時間(通りすぎるまでの時間)
イメージ：
←---------------------------------→
アクセス時間
←------→←--------→←----------→
シーク時間 回転待ち時間 D転送時間
←-------------------→
待ち時間
Dの読み書き
→位置決め→回転待ち→D転送
3段階のプロセスを経て行われる。アクセス時間はそれぞれにかかる、時間を足したもの
位置決め時間(シーク時間)
→磁気ヘッドを目的のDが存在するトラックまで移動させるのに要する時間
参考：アクセス開始時の磁気ヘッドの位置と目的のDのトラック位置によって時間が異なる、平均位置決め時間を使用
回転待ち時間(サーチ時間)
→目的のDが磁気ヘッドの位置まで回転してくるのを待つ時間。1回転するのに要する時間の1/2になる
D転送時間
→目的のDが磁気ヘッドを通りすぎるのに要する時間
平均位置決め時間を短縮するか、回転を上げるかによってアクセス時間は短くなる
・前処理時間、後処理時間は含まない
・トラック当たりの記憶容量、シリンダ当たりのトラック数、さらにシリンダ数によってディスク全体の記憶容量が決まる
・D転送速度は回転速度とトラック当たり記憶容量で決定
Ave待ち時間=Ave回転待ち時間+Ave位置決め時間
1回転の間にアクセスできるD量は=１トラックの記憶容量
OCR(Optical Character Reader)
→手書き文字を読み取る装置
ex:手紙やはがきに記入した郵便番号の読取りなど利用
OMR(Optical Mark Reader)
→鉛筆などの筆記用具で記入されたマークを読みとる装置
ex:答案用紙の読取りなどに利用
→主記憶のアクセス時間と磁気ディスクのアクセス時間とのギャップを補うため両者間に配置
参考:高速化。半導体メモリを使用の場合、主記憶装置の一部を使用する場合あり
キャッシュメモリ(CPU＆主記憶装置間)
→CPUと主記憶装置の間に配置
参考:小容量で高速化。
1次キャッシュと2次キャッシュ
→主記憶装置のアクセス時間とCPUの処理時間のギャップが大きい場合場合の効果が上がる構成
参考:CPUがアクセスする順番で名称がつく
1次キャッシュ→2次キャッシュ→主記憶の順にアクセス
ライトスルー方式
→キャッシュメモリにDの書込み命令が実行されたとき、キャッシュメモリと主記憶装置の両方を書きかえる
メリット:内容が常に同じなので制御は簡単
デメリット:書き込みの速度を上がる効果はない
ライトバック方式(速度重視)
→同じく命令が実行されたとき、キャッシュメモリだけを書きかえておき、主記憶装置の書きかえはブロックの入替時に行う
メリット:高速書き込み
デメリット:制御難
【実行アクセス時間】
→ヒット率、キャッシュメモリのアクセス時間、主記憶のアクセス時間で求める
アクセスするD
→キャッシュメモリか主記憶装置のどちらかに存在
ヒット率
→アクセスするDがキャッシュメモリに存在する確率
参考:キャッシュメモリのアクセス時間が長くかつ、ヒット率が高いと、主記憶の実行アクセス時間はもっとも短くなる
キャッシュメモリを使った実行アクセス時間
＝ヒット率*キャッシュアクセス時間+NFP*主記憶アクセス時間
【記憶装置のアクセス速度】 ～歴史ではやい～
→記憶装置のアクセス速度の速い順に並べる
(レ)ジスタ→(キ)ャッシュメモリ→(主)記憶→(デ)ィスクキャッシュ→(ハ)ードディスク・磁気ディスク
メモリインタリーブ
→主記憶をいくつかのアクセス単位(バンク)に分割、各アクセス単位をできるだけ並行させることによって実効的なアクセス時間を短縮し、高速化を図る方法
参考：ランダムにアクセスする場合、メモリインタリーブの効果は低くなる
イメージ：0～3までまとめてアクセスする
バンク0バンク1バンク2バンク3
0------- 1------ 2------ 3-----
| | | | | | | |
4------- 5------ 6------ 7-----
| | | |
------------------------------
|
CPU
マスクROM
→製造時に書き込まれた後は、ユーザは書き込めない
EPROM(Erasale PROM)
→紫外線照射で全消去
参考：書込み○、消去○
EEPROM(Electrically EPROM)
→電圧をかけて部分消去可能
参考：書込み○、消去○
フラッシュメモリ
→電圧をかけて全消去or部分消去可能
参考：書込み○、消去○
DRAM(Dyanamic RAM)
→コンデンサに電荷を備えた状態か否かによって1bitを表示
参考：低速、集積度高い、価格安い、主記憶装置に用いられる
デメリット：コンデンサは自然放電してしまう特性があるため、一定時間ごとに記憶内容を維持するためにリフレッシュ動作(再書き込み)が必要
SRAM(Static RAM)
→フリップフロップ回路で構成
メリット：電源供給されている限り、記憶内容を保持し続ける(リフレッシュ動作不要)
参考：キャッシュメモリで用いる。高速、集積度低い、価格高い
フリップフロップ回路
→2つの安定状態をもつ回路。1bitの情報を記憶。SRAMにて使用。
【アド指定】(アドレス修飾)
→命令実行時、アド指定方式を使用し、実行アド(有効アド)を計算。
参考：命令のアド部に対して飾り付けをして求める意味合い
実行アド
→処理対象のDが実際に格納されている主記憶装置上のアドのこと
即値アド指定
→命令のアド部にDを格納している方式
参考：命令のアド部⇒D
イメージ：
命令部 アド部
20 主記憶の参照を行わずDを取り出す
↑
D
直接アド指定(絶対アド指定)
→命令のアドレス部の値を実行アドとする方式
イメージ：
命令部 アド部 10 --
20 -------------→ 20 D
参考：アド部の値⇒実行アド
間接アド指定
→命令のアド部に実行アドを格納しているアドを格納する方式
参考：間接アドを二重、三重に行う場合あり
イメージ：
命令部アド部 主記憶
20 10 ー
－－－－－→20 25
25 D
相対アド指定(自己相対アド指定)
→命令のアド部の値と命令アドレスレジスタ(プログラムカウンタ)の値を加算し、実行アドとする方式
イメージ：
命令部アド部 主記憶
100 100
プログラムカウンタ 100＋50
50 ---------------→150 D
参考：アド部の値＋プログラムカウンタ(命令アドレスレジスタ)⇒実行アド
インデックスアド指定(指標アド指定)
→命令のアド部の値とインデックスレジスタの値を加算し、実行アドとする方式
イメージ：
命令部アド部 主記憶
200 アド
100
インデックスレジスタ 200+100
100 --------------→300 D
参考：アド部の値+インデックスレジスタ⇒実行アド
ベースアド指定(基底アド指定)
→命令のアド部の値とベースレジスタの値を加算し、実行アドとする方式
イメージ：
命令部アド部 主記憶
200 アド
100
ベースレジスタ 200+100
100 -------------------→300 D
参考：アド部の値+ベースレジスタ⇒実行アド
ウォークスルー
→レビュー対象物の作成者が責任者になり検証
参考：入力D値を仮定して、手続きをステップごとに机上でシュミレーションしながらレビュー
インスペクション
→第三者が責任者となり検証
参考：参加者の役割をきめておく、進行役(モデレータ)を固定する
メリット：レビューの焦点をしぼって迅速にレビュー対象を評価
デザインレビュー(レビュー)
→使用の不備や誤りを早期に発見し、手戻り工数の削減を図ること
レビュー資料
→レビュー用に用意するのではなく設計作業時に作られたものを使用
イメージ：
基本設計(レビュー)→外部設計(レビュー)→内部設計(レビュー)→プログラム設計(レビュー)→プログラミング(レビュー)→テスト(レビュー)
セクタ方式
→以下の様に記録する方式
ディスクの表面
→Dを記録する最小単位(セクタ)がある
トラック
→セクタがいくつか集まって同心円状のトラックができいくつか集まって1面を構成する
シリンダ
→中心から等距離にあるトラックの集まり
参考：Dをセクタ単位で読み書きする。1つのセクタに収まらない場合は、複数のセクタにまたいで記録
デメリット：1つのセクタには複数のDを書き込むこと不可
イメージ：
1000
←----------------------→
D D
512 512 余り24
セクタ セクタ
バリアブル方式
→Dを、ブロック単位で読み書きする方法
ブロック
→複数のレコードから構成
ブロック間隔(IBG:Inter Block Gap)
→ブロックとブロックの間にある
ブロック化係数
→1ブロックを構成するレコードの数
イメージ：
レコードレコードIBG レコードレコードIBG
←--------------→ ←-------------→
ブロック ブロック
ブロック化係数
【アクセス時間】
→磁気ディスクの性能を見る指標
参考：制御装置がDの読み書きの指令を出してから、Dの読み書きが終わるまでの時間
位置決め時間(シーク時間)+回転待ち時間+D転送時間(通りすぎるまでの時間)
イメージ：
←---------------------------------→
アクセス時間
←------→←--------→←----------→
シーク時間 回転待ち時間 D転送時間
←-------------------→
待ち時間
Dの読み書き
→位置決め→回転待ち→D転送
3段階のプロセスを経て行われる。アクセス時間はそれぞれにかかる、時間を足したもの
位置決め時間(シーク時間)
→磁気ヘッドを目的のDが存在するトラックまで移動させるのに要する時間
参考：アクセス開始時の磁気ヘッドの位置と目的のDのトラック位置によって時間が異なる、平均位置決め時間を使用
回転待ち時間(サーチ時間)
→目的のDが磁気ヘッドの位置まで回転してくるのを待つ時間。1回転するのに要する時間の1/2になる
D転送時間
→目的のDが磁気ヘッドを通りすぎるのに要する時間
平均位置決め時間を短縮するか、回転を上げるかによってアクセス時間は短くなる
・前処理時間、後処理時間は含まない
・トラック当たりの記憶容量、シリンダ当たりのトラック数、さらにシリンダ数によってディスク全体の記憶容量が決まる
・D転送速度は回転速度とトラック当たり記憶容量で決定
Ave待ち時間=Ave回転待ち時間+Ave位置決め時間
1回転の間にアクセスできるD量は=１トラックの記憶容量
OCR(Optical Character Reader)
→手書き文字を読み取る装置
ex:手紙やはがきに記入した郵便番号の読取りなど利用
OMR(Optical Mark Reader)
→鉛筆などの筆記用具で記入されたマークを読みとる装置
ex:答案用紙の読取りなどに利用