020204．入出力制御割込解説

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ひでよりことじ
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1 入出力制御と割込解説問 1 エチャネル制御に関する問題であるチャネルは処理装置に代わって入出力を担当するコンピュータである汎用コンピュータでは処理装置と入出力装置の完全な平行動作を行うために入出力専用のチャネルを設けている処理装置から指示されたCCWからなるチャネルプログラムによって処理装置から独立して動作する入出力動作が完了すると入出力割込みによって制御装置に完了を通知するアのチャネルの制御は入出力の両者を制御する出力動作のみは誤りであるイの入出力動作以外の動作も管理するは誤りであるウのチャネルの制御は入力動作のみを制御するは誤りであるエの入出力動作の管理完了後の入出力割込の記述はチャネルに関するものである求める答えはエとなる問 2 エ入出力制御方式に関する問題である DMA 方式はメモリと周辺装置とのデータ転送を CPUを介さずに直接に行う方法で C PUを使わないのでCPUの負担が軽減されデータのやり取りが高速で行うことができるデータ転送は専用のDMAコントローラが行うアはパリティチェックなどの誤り制御方式に関する内容であるイのCPUの処理速度との関係はメモリ-メモリ間またはメモリ-I/O 間のデータ転送であり関係がないウはスプーリング機能に関する内容であるエのメモリと入出力装置との間のデータ転送にCPUを使用しないが正しい求める答えはエとなる問 3 ア DMA 方式に関する問題であるアの DMA は主記憶装置と入出力装置の間においてデータを直接転送するための技法で CPU によるデータの処理を必要としないで CPU は他の処理を行うことができる求める答えはアとなるイの OCR は文字を光学的に読み取ることができる装置であるウの VLSI は集積回路の 1 種で超高密度集積回路であるエのDATは音声をデジタル方式で磁気テープに記録して録音再生するための装置であるデジタルオーディオ用に開発されたが大容量の記録ができるためバックアップメディアとして利用されている問 4 ウ割込に関する問題である - 1 -

2 割込は現在実行しているプログラムを何らかの理由で中断し他のプログラムを実行することである割込が発生すると割込の要因に応じて割込処理プログラムの実行が開始される処理の中断の原因となる要因を割込要因というプログラムが入出力処理を依頼するための割込みはスーパーバイザコール割込である求める答えはウとなる問 5 エ外部割り込みに関する問題である外部割込には入出力割込タイマ割込機械チェック割込などがあるプログラムなどの内部要因以外の要因によって発生する割込であるアイウは内部割込エが外部割込である求める答えはエとなる問 6 ウ外部割り込みの原因に関する問題であるアイエは内部割込ウが外部割込である求める答えはウとなる問 7 イ記述内容から割込原因を判定する問題であるアの入出力割込みは入出力動作を要求したプログラムの入出力動作の終了を知らせる割込みであるイの機械チェック割込みは処理装置の誤動作や主記憶装置の障害電源異常などが発生すると起こる割込みである求める答えはイであるウのプログラム割込みはプログラム実行中にプログラム自身に起因するエラーが発生した場合にプログラムの実行を中止する割込みであるエのスーパバイザコールはプログラムの実行中にプログラムが入出力処理を行う場合にこの処理を制御プログラムに依頼するための割込みである問 8 ウ割込の記述に関する問題であるアのタイマ割込は外部割込の一種であり内部割込ではないイの割込の発生要因は外部割込はハードウェアに起因するものであるが内部割込はソフトウェアに起因する割込である割込はソフトウェアで発生させることもあるウの入出力割込は一つのプログラムが入出力の必要性が生じたときに他のプログラムでCP Uを占有する場合に使用するこの時には入出力装置と制御装置が並行動作する求める答えはウとなるエの割込の発生と制御装置の停止に関する問題は割込が発生するとその割込処理に制御装置が使用されたり他のプログラムの制御をしたりするため制御装置は停止しない問 9 イ内部割込に関する問題である - 2 -

3 内部割り込みは実行中のプログラムに起因する割込みで監視プログラムコールプログラム割込みがあるその他の割込みは外部割込みでタイマ割込み機械チェック割込み入出力割込みコンソール割込みが相当するアウエは外部割り込みイは内部割込である求める答えはイとなる問 10 エ割込に関する問題である割込はプログラム実行中にそのプログラムを一時的に中断して別のプログラムを実行する機能であるプログラムを中断する場合再開のための情報をメモリに退避させる複数の割込が同時に発生する場合があるので割り込み処理には優先順位があるアの再開に必要な情報の退避場所が磁気ディスクではメモリの特定の領域であるイのアプリケーションが割込を関知する必要はない制御プログラムが行うウの入出力装置からの動作完了の通知は外部割り込みに分類されるエの複数の割込発生に備えて割込原因別に優先順位を付けるは正しい記述である求める答えはエとなる問 11 ウ内部割込に関する問題である内部割り込みは実行中のプログラムに起因する割込みで監視プログラムコールプログラム割込みがあるその他の割込みは外部割込みでタイマ割込み機械チェック割込み入出力割込みコンソール割込みが相当するアイエは外部割込ウのスーパバイザ割込が内部割込である求める答えはウとなる問 12 エ割込み処理の流れに関する問題である割り込み制御の流れ 1 プログラムの命令を一つ実行する 2 割込の要求が発生しているかを調べに行く 3 割込の要求が発生している場合その割込の原因を調べる 4 割込が成立した場合は現在実行中のプログラムを中断し再開に必要な情報をメモリに退避する 5 割込原因に対する割込処理プログラムを実行する 6 割込処理が終了すると中断したプログラムの退避した情報を復帰させ中断したプログラムを再開する割込み処理の実行前に処理する内容は再開に必要な情報をメモリに退避することでありレジスタ類の退避が相当する求める答えはエとなる問 13 ウ割込発生プロセスの処理手順に関する問題であるシステムの安定性およびセキュリティ向上のためユーザアプリケーションはユーザモードで - 3 -

4 稼動するユーザアプリケーションがデバイスI/Oなどユーザモードでは実行できない命令を実行する際にはシステムコールを通じてOSに当該処理を依頼する OSはシステム上で唯一特権モードを使用できるプログラムであり CPU 動作モードを特権モードにスィッチして当該処理を実行する割り込み制御の流れに関しては問 12を参照割込要求が発生している場合特権モードにスィッチして 4 5の処理を実行する次の順序で行う 1ユーザモードから特権モードへの移行 2プログラムレジスタなどの退避 3 割込処理ルーチンの開始番地の決定 4 割込処理ルーチンの実行となる答えはとなり求める答えはウとなる問 14 ウ外部割込に関する問題である外部割込はプログラムの実行中に周辺装置などの外部からの要因によって発生する割込であり入出力の終了や異常による入出力割込プロセッサや主記憶装置の誤動作電源異常による機械チェック割込タイマー割込コンソール割込などがあるアイエは内部割込でありウが外部割込となる求める答えはウとなる問 15 ア外部割込に関する問題である外部割込はプログラムの実行中にユーザーがマウスやキーボードを操作したりハードウェアの故障や電源の異常やネットワークからデータが送られてきたりした際に発生する割込である実行中のプログラムのトラブルなどが原因で発生する割り込みは内部割込であるアは外部割込イウエは内部割込である問 16 エ割込のスーパバイザーコールに関する問題であるアの入出力割込みは入出力動作を要求したプログラムの入出力動作終了を報告する割込である多重プログラミングの場合の入出力制御の基本でチャネルからの入出力処理の通知や入出力処理での異常が発生したときに発生する割込であるイの外部割込みは実行中のプログラム外から割り込まれる割込みで機械チェック割込みタイマ割込み入出力割込みコンソール割込みなどが該当するウのプログラムチェック割込みはプログラムを実行中にプログラム自身に起因するエラーが発生した場合にプログラムの実行を中止する割込であるわり算の処理で除数がゼロになった場合の計算結果は誤りとなるこの場合計算を継続するのは無駄なことなのでプログラムの実行を強制的に終了させるこのようなエラーの場合エラー件数が一定回数になるまでそのまま続ける場合もあるエのスーパバイザコールはプログラムの実行中にプログラムが入出力処理を行う必要が生じた場合扱うファイルに対してオープンやクローズ処理が必要でありこれらの処理は制御プログラムの特定のルーチンを使用するため制御プログラムにそれを促す割込である求める答えはエである - 4 -

5 問 17 ウプログラム割込の原因に関する問題であるプログラム割込はプログラムの処理が要因となって起動する割込であるプログラムが設定した条件判定などに従って起きる割込と共にプログラムの記述の誤り論理的な不整合ゼロ除算などが原因で発生する割込であるアは入出力割込イは機械チェック割込ウがプログラム割込エがタイマ割込である求める答えはウとなる問 18 エ割込の記述に関する問題である Aはタイマ割込み Bは入出力割込み Cはスーパバイザコールである共にタスクの状態遷移と関係のある割り込みである求める答えはエとなる問 19 ウ割込の優先レベルに関する問題である割込処理には優先レベルがあり次の順序で処理される 1 緊急処理の必要なハードウェア的割込 2 ソフトウェア的割込でマシン命令に同期していない割込 3 命令実行例外やメモリアクセス例外などのマシン命令に同期する割込 4 迅速な処理が必要な高速入出力装置からの入出力割込 5 低速入出力装置からの割込 6 ユーザプロセスなどが起こす内部割込アの0の除算は命令実行例外で 3のレベルになるイの記憶保護エラーは 3のレベルになるウの電源異常は緊急度が最も高い1のレベルにある求める答えはウとなるエの入出力割込は 4または5のレベルである問 20 イ外部割込に関する問題である割込は現在実行しているプログラムを何らかの理由で中断し他のプログラムを実行することである割込が発生すると割込の要因に応じて割込処理プログラムの実行が開始される処理の中断の原因となる要因を割込要因という外部割込みはプログラムなどの内部要因以外の要因によって発生する割込でタイマ割込み機械チェック割込み入出力割込みコンソール割込みが相当する内部割り込みは実行中のプログラムに起因する割込みで監視プログラムコールプログラム割込みがあるアウエは内部割込イは外部割込である求める答えはイとなる問 21 アハミングコードに関する問題であるパリティビットを付加する方法では受信者は誤りを検出することはできるが訂正すること - 5 -

6 はできないハミング符号を用いると 1 ビットの誤りに対しては自動訂正が可能になり 2 ビットの誤りに対しては検出は可能であるが自動訂正することはできない情報ビット 4 ビットに検査ビット 3 ビットを付加した 7 ビット符号の検査合計 7 ビットのうち 4 ビットを情報ビットとして残り 3 ビットをパリティビットとする 1 ビット誤りの場合には 3 つのパリティビットに対して 3 回検査すれば誤りの検出と訂正が可能になる検査の要領ビットを先頭からx1x2 x7として情報ビットをx 3 x 5,x 6 x7に検査ビットをx 1 x 2,x4に割り当てる符号化時は次の右辺の式の値がすべて0になるように検査ビットx 1 x 2 x4の値を決めるここで mod(n 2) の値は整数 n を 2 で割った余りとする q4=mod(x4+x5+x6+x 7,2) q2=mod(x2+x3+x6+x 7,2) q1=mod(x1+x3+x5+x 7,2) 復号時のx1x2 x7の値でこれらを計算して q 4,q 2 q1のすべてが0であるならば誤りがないもし少なくとも一つが1であれば 2 進数としてみたq4q2q1が誤っているビット位置 (xiのi) を示す問題の内容から x3=1 x5=0 x6=1 x7=0 であるから P1x3x5x7=P1 100 となり P1=1 となる P2x3x6x7=P2 110 となり P2=0 となる P4x5x6x7=P4 010 となり P4=1 となるチェックビットを付加したデータはとなり求める答えはアとなる問 22 エハミング符号とメモリ装置の誤り検出と自動訂正に関する問題であるアの奇数パリティは 8 ビットの符号の中に含まれる 1 の合計数が奇数になるようにパリティビット 1 ビット付加する誤りチェック法で受信側で 1 の個数をチェックしてデータが正しいかどうかを検査する方法であるイの水平パリティは一定のブロック長に対して奇数パリティと同様な検査を行う方法であるウのチェックサムはデータを一定の間隔で区切りそれぞれにデータの和の一部を付加して送信し受信側でも同じ要領で和を算出してエラーを検査する方法であるエのハミング符号による誤り訂正符号の付加は 1 ビットの誤りの検出と自動訂正 2 ビットの誤り検出を行う求める答えはエとなる問 23 ウ記憶装置のビット誤りの検出に関する問題である主記憶装置にはデータのビット誤りがランダムに発生するためハミングコードによる誤り訂正符号を付加して 1ビットの誤りの検出と自動訂正 2ビットの誤り検出を行う磁気ディスク装置は記憶媒体の傷によるバーストエラーが発生するため CRC 方式によるエラーの検出と自動訂正を行う磁気テープ装置はテープ列方向のビット誤り検出に垂直パリ - 6 -

7 ティビットを付加しトラック方向に生じるバーストエラーの検出に CRC 方式を使用する誤り訂正符号 (ECC) はデジタル情報の誤りを自動的に訂正できる符号で通信回線やメモリ上のデジタル情報が雑音などで変化して誤りが発生しても誤り訂正符号を使って情報を符号化してあれば変化したビットを検出し正しく訂正できる誤りを訂正するためには情報に冗長性を持たせる必要がある情報 n ビットに検査の k ビットを加えた形で符号を形成する検査の k ビットを大きくとるほどその符号の誤り訂正能力は高くなる誤り訂正符号にはランダム誤りに向いたハミング符号 BCH 符号バースト誤りに向いた Fi re 符号 CRC 符号などがあり適用領域の誤り特性に合わせて符号を選ぶことになる ECC によるエラー訂正機能をもった ECC メモリや CPU がある ECC メモリはメモリへの書込み読出し時にエラーを検出した場合に正しい値に訂正する機能を持ったメモリであるアの巡回冗長符号 (CRC) はデータ伝送で誤りを調べる場合に使用する符号でデータをブロックという単位に分けそのブロックを生成多項式で割ってその余りを検査ビットとしてデータに付加して送信し受信側でそれを利用して誤りの有無を検査するイの情報交換符号は通信に用いられる伝送文字符号である伝送制御符号は 10 種類ありデータ伝送を制御するウのハミング符号は誤り訂正符号として付加して 1 ビットの誤りの検出と自動訂正 2 ビットの誤り検出を行う主記憶装置の誤り検出方式である求める答えはウとなるエのパリティ符号は 8 ビットの符号の中に含まれる 1 の合計数が奇数または偶数になるようにパリティビット 1 ビット付加する誤りチェック法で受信側で 1 の個数をチェックしてデータが正しいかどうかを検査する方法である問 24 イメモリモジュールのパリティチェックに関する問題であるパリティチェックは通常のデータに加えてエラー訂正用のパリティを付け加えてエラーが起きても発見できるようにする技術である通常のメモリでは8ビットのデータにつき1ビットのパリティを加えて合計が偶数になるようにするこの中で1ビットのエラーが発生してそのビットが反転したとすると合計が奇数となるのでエラーが発生したことが分かるただしどこがエラーなのかは分からないのでもう一度データの読み込みなり書き込みなりをやり直す必要がある同時に2つ以上発生した場合はエラーの数が偶数だと発見できないパリティの欠点はエラーが発見できても修復ができない点と同時に発生した2 個以上で偶数個のエラーは発見すらできないという点であるそこでパリティをもう一組もうけることで 1つのエラーならば修復ができ 2 個以上でも高い確率で発見できる仕組みを取り入れたのがE CCメモリである仮に1つのエラーが発生した場合エラーが発生したビットの縦横でエラーが検出されると場所が特定できる 2ヵ所以上偶数で発生してもかなりの精度で検出することができるイはパリティチェックウはECCメモリのチェックである求める答えはイとなる - 7 -

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PowerPoint プレゼンテーションコンピュータアーキテクチャ第 13 週割込みアーキテクチャ 2013 年 12 月 18 日金岡晃授業計画第 1 週 (9/25) 第 2 週 (10/2) 第 3 週 (10/9) 第 4 週 (10/16) 第 5 週 (10/23) 第 6 週 (10/30) 第 7 週 (11/6) 授業概要 2 進数表現論理回路の復習 2 進演算 ( 数の表現 ) 演算アーキテクチャ ( 演算アルゴリズムと回路