28年 第2回 「データ通信」



28_2_data_1_(1).png

問1
(1)
ア:⑮ オペランドフェッチ
イ:⑫ プログラムカウンタ
ウ:⑩ 有効アドレス
エ:③ アキュムレータ

【補足】
・CPUの命令制御のイメージ
cpu_register.png
プログラムカウンタ:次に実行する命令のアドレス番号が格納される。命令を読みだすたびに1ずつカウントアップする
命令フェッチ:プログラムカウンタに従い、命令を命令レジスタに読みだすこと
命令レジスタ:実行する命令を保管するレジスタ。
命令デコーダ:命令レジスタの命令を解釈する。命令は「命令部」と「オペランド部」に分かれている。
 命令部:命令の処理内容を表す部分。(例)Add:加算演算 Store:メインメモリへの書き込み
 オペランド部:命令によって処理される値の、レジスタやメインメモリのアドレス(有効アドレス)を示す部分
汎用レジスタ:演算の際、一時的にCPU内に値を保管する場合などに利用されるレジスタ
ALU:実際に演算を行う部分
アーキュムレータ:演算結果を保管するレジスタ






28_2_data_1_(2).png

(2)
答え:①
【解説】
① チップセットには、ノースブリッジとサウスブリッジの二つのチップに分かれているものがあり、このうちサウスブリッジ(正:ノースブリッジ)はCPUとメインメモリやグラフィックボードとの橋渡しの機能を持つ。

【補足】
チップセット:マザーボードに接続されている機器(CPU、メモリ、グラフィックボード、LANカードなど)のデータの受け渡しを管理するところ

ノースブリッジ:
CPUの近くに位置するチップセット。メモリやグラフィックボードなど高速な処理を要求される機器が接続される。

サウスブリッジ:CPUから比較的離れた場所に位置するチップセット。ハードディスクやドライブ、入出力機器など比較的低速でも問題ないとされる機器が接続される。

メモリコントローラ:CPUがメインメモリのデータにアクセスする際にメインメモリを制御する装置。昔は、CPUの外部にあるチップセットにメインコントローラを持つものが主流だったが、最近のマルチプロセッサでは、CPU内部にメモリコントローラを持つものも多い

割り込みコントローラ:コンピュータ内部の装置や周辺機器の割り込み処理(優先度の高い処理が発生した場合に、現在の処理を止めて、優先度の高い処理にリソースを割り当てる事)を管理するコントローラ。割り込みを必要とする装置からの割り込み要求の信号をIRQ (Interrupt ReQuest)という。

DMA(Direct Memory Access):CPUを介さずにメモリや周辺装置などが直接データ転送を行う方式。DMAコントローラが制御を行う。



28_2_data_1_(3).png

(3)
答え:④
【解説】
④ デバイスドライバの処理終了時にアプリケーションに制御を戻す方式の一つである非同期型I/O(正:同期型I/O)では、デバイスドライバの処理実行中にアプリケーションのタスクは並行して処理を実行することができない。

【補足】
シリアライズ(serialize:シリアル化):1つのデバイスを複数のタスクが使用する場合に、タスクがデバイスを利用する順序を調整し、同時刻に1つのタスクのみが利用するように制御すること

・タスクコンテキスト
 タスクに対して公平にCPUなどのリソースが割り当てれるようにする処理方法タスクの状態を見ながら、複数のタスクを切り替えることにより、複数のタスクを並列処理する。

・割り込みハンドラ
タスクコンテキストのように順序待ちをせず、割り込んでCPUのリソースを優先的に割り当てる処理方法。ユーザの入出力など、優先的に処理すべきものに使われる
・同期I/O、非同期I/Oの比較
douki_hi_douki_io.png
デバイスドライバに処理が移った場合の動作方法の違いを表している。(※デバイスドライバ以外でもアプリケーションの関数の動作方法などでも利用される概念)

同期I/O:デバイスドライバの処理を待つ間、アプリケーションの処理を中断して、デバイスドライバの処理が終わってから再開する。デバイスドライバの演算結果によって、アプリケーションの処理内容が分岐している場合などに利用される

非同期I/O:デバイスドライバに処理が移っても、アプリケーション側は平行して処理を実行し続ける

【類題】

28年第1回(データ通信) 問1(3):デバイスドライバ






28_2_data_1_(4).png

(4)
答え:⑤ A、Cが正しい
【解説】
B:組込みシステムのデバッグには、組込み用のマイクロプロセッサを取り外してJTAGポート(正:ICE)につなぐ方法のほか、組込み用のマイクロプロセッサにエミュレーション回路が搭載されている場合には専用のICE(正:JTAGポート)を経由してデバッグする方法がある。

【補足】
ICE(In-Circuit Emulator):組み込みシステムのデバッグに用いられる開発支援装置。CPU機能をエミュレート(代替)させることでデバッグを行う。
デバッグ対象となるハードウェアと接続する場合は、CPUを取り外し、CPUソケットにプローブを当てる。

JTAG(Joint Test Action Group):CPU内部にエミュレーション回路(デバッグ用の回路)が内臓されている場合に、エミュレートの制御を行うための外部端子。

セルフ開発環境:実行環境と開発環境が同じ
クロス開発環境:実行環境と開発環境が異なる



28_2_data_1_(5).png


(5)
答え:④
【解説】
① ホストOS型は、ゲストOS(正:ホストOS)に仮想マシンモニタをインストールし、この仮想マシンモニタ上でアプリケーション(正:ゲストOSとアプリケーション)を動作させる。
② ホストOS型では、ゲストOSがハードウェアにアクセスする際のオーバヘッドは、ハイパーバイザ型と比較して、一般に、小さくなる(正:大きくなる)
③ マイクロカーネルハイパーバイザ型では、ハイパーバイザは仮想化環境を提供する最低限の機能しか持たず、ハードウェアにアクセスするためのデバイスドライバは、ホストOS(正:管理OS)のものを使用する。
④正しい

【補足】
サーバ仮想化方式にはハイパーバイザ型ホストOS型の2つがある。

・ハイバーバイザ型とホストOS型のイメージ
hypervisor_host_.png

ハイパーバイザ型:サーバのハードウェアにサーバ仮想化専用のソフトウェア(ハイパバイザー)をインストールし、その上でゲストOSを稼動させる。
ホストOSを介さずに直接ハードウェアリソースを制御できるので、オーバーヘッドを最小限に抑えることができる。
ハイパーバイザ型には、更に「マイクロカーネル型」と「モノリシック型」がある。

 -マイクロカーネル型:必要最低限のカーネル機能のみをハイパーバイザに残し、それ以外の準カーネル機能をユーザーレベルに移す構成
 -モノリシック型:従来の構成。ハイパーバイザに、カーネルに関する機能が統合されている構成


ホストOS型:サーバのハードウェアには、ホストOSがインストールされており、そのホストOS上の仮想化ソフトウェアでゲストOSを動作させる。ゲストOSがハードウェアリソースを利用する場合には、ホストOSを仲介しなければならないため、オーバーヘッドが増えてしまう。(※Windows上でVWwareなどを利用して、Linuxを動作させるようなイメージ)






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