高度午前対策 直前10点アップ講座(iTAC講義ノート(10/9))

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iTAC テクニカルエンジニア（ネットワーク）塾講義ノート

高度午前対策 直前10点アップ講座

iTAC塾講義ノート
コース名	テクニカルエンジニア（ネットワーク）塾Aコース（名古屋）
講師	mitsu先生
日時	2000年10月9日 9：30〜19：00
場所	名古屋市短歌会館
内容	ウイニングあいたっく (高度午前対策 直前10点アップ講座）

（概要）

今回の講義は、

『ウイニングあいたっく　(高度午前対策 直前10点アップ講座）』

として、午前分野の要点を中心に講義がありました。

以下にその内容をまとめます。

※過去3年（平成10年〜12年）の1種に出題された問題については、カリキュラムの横に、印をつけておきました。

例：（H12-1K-21・・・平成12年　1種　問21)

1.コンピュータの科学基礎

論理式

2進数

確率

2の補数

情報落ちとケタ落ち

2.コンピュータアーキテクチャ

デュアルシステムとデュプレックスシステム

マルチプロセッサ

パイプライン

スーパースカラ

パイプラインハザード

キャッシュメモリ

3.通信ネットワーク(テクニカルエンジニア（ネットワーク）サマースクールin大阪(テクニカルエンジニア（ネットワーク）午前対策） 8/17開催　参照）

4.基本ソフトウエア

性能評価尺度

プロセスの状態遷移

プロセスとスレッド

タスクスケジューリング

セマフォ

仮想記憶装置

フラグメンテーション

プログラム制御とシステムコール

5.データベース

ANSI/SPARCの3層スキーマ論

データベース構造のモデル

データベース言語

データベースの管理機能

排他制御（ロック）

トランザクション

障害対策

2相コミット

DBコピー（レプリケーション）

テーブルについて

正規化

6.ソフトウエア工学

プロセスモデル

RAD　（Rapid Application Development）ツール

コストモデル

モデル図

モジュール設計

DOA（データ中心アプローチ）

オブジェクト指向

プログラムのテスト

ソフトウエアの品質管理

その他ソフトウエア関連でよく出る変な問題

7.システム構成技術

1.コンピュータの科学基礎

☆　論理式（H11-1K-18)

        AND,OR,NOTは簡単に書けると思いますが、

・EOR　排他的論理和    AとBが同じなら0、異なったら1（H11-1K-3)

・NAND                        NOT（A　AND　B)

・NOR                          NOT（A　OR　B）

について、ちゃんと答えられるようにしておきましょう。

EOR A B A　EOR　B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

NAND A B A　NAND　B 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

NOR A B A　NOR　B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

式の展開

式の展開でよく出てきるのが、

・NOT（ A AND B） → (NOT　A) OR (NOT B)

・NOT( A OR　B)　→ (NOT A) AND (NOT B)

です。

覚えられなかったら図に書いてみましょう。

＿＿＿＿＿＿ Ａ　ＯＲ　Ｂ	＿ Ａ	＿ Ｂ

NOT( A OR　B)　= (NOT A) AND (NOT B)

ですね

・NOT（A AND NOT B）

この場合は実際に書いてみましょう。　地道にやってみて下さい。

				NOT（A AND NOT B）
			A AND NOT B
		NOT B
A	B
0	0	1	0	1
0	1	0	0	1
1	0	1	1	0
1	1	0	0	1

あと、テクニックとして覚えておいた方がいいのが、

A AND (B　OR C）

→ （A AND B） OR （A AND C）

ANDを×、ORを+と考えると、A（B+C）=AB+AC　ピンときますね。

同じようにこれも成り立ちます。

A OR (B　AND C）

→ （A OR B） AND （A OR C）

☆　2進数

整数は省略します。

小数についてたまに出題されますのでやってみましょう。

10進数	→	2進数
0.5	→	0.1
0.375	→	0.011

これを求める一つの方法は、、、

0.	○	○	○	○	○
	|	|	|	|	|
	1/2 =0.5	| |	| |	| |	| |
		1/(2^2) =0.25	| |	| |	| |
			1/(2^3) =0.125	| |	| |
				1/(2^4) =0.0625	| |
					1/(2^5) =0.03125

これを覚えてしまって、

0.5は1/2だなぁ・・・0.1（2）

0.375は0.25+0.125だなぁ・・・0.011（2）

とやります。

ちゃんとした方法は、2倍、2倍・・・していきます。

			0.375		で、どこを見るかというと、、、
		×	2		掛けたあとの整数部
		-	------		↓
			0.750	・・・・・・	0
		×	2
ここに1が出てきたら		-	------
掛け算には使わない	→		1.500	・・・・・・	1
		×	2
		-	------
			1.000	・・・・・・	1
			↑		↓
答えがちょうど1になったら終わりです。					0.011

これに関連してよくあるのが、

有限10進数小数　を 2進小数　にする場合と、その逆の有限2進小数を10進数小数にする場合についてです。
（H12-1K-3,H10-1K-2)

有限10進数小数　を 2進小数　にするときは、

無限小数	}2つの場合があります。
有限小数

有限2進小数を10進数小数にするときは、

必ず、有限の10進数小数になります。

☆　確率

・平成11年のシステム監査の問題

白い玉3個、黒い玉4個あります。

連続して3個取り出します。

このア〜エの中で、確率の一番ひくのはどれでしょう。

	1回目	2回目	3回目
ア	黒	黒	黒
イ	黒	黒	白
ウ	黒	白	黒
エ	白	黒	黒

地道にやりましょう。

まず、最初に白を取り出す確率は3/7、黒を取り出す確率は4/7です。

最初に白を取り出した場合、次にさらに白を取り出す確率は2/6、黒を取り出す確率は4/6です。

アの場合は、4/7　×　3/6　×　2/5 = 0.114

今回の場合、ア〜エ全部において、絶対分母は7×6×5になりますので、分子だけ考えればいいでしょう。

	確率の分子
ア	4×3×2=24
イ	4×3×3=36
ウ	4×3×3=36
エ	3×4×3=36

答えは、アです。

・隔たりのあるサイコロ

サイコロAは2/5、サイコロBは3/8の確率で1の目が出ます。

袋に入れてサイコロを1つ取り出し、振ったら1の目が出ました。

Aのサイコロを取り出した確率は？

確率の基本は

対象の数 確率 = -----------------               全体の事象

暗黙のうちにこういうことを考えています。

今回は、

Aから1が出る場合 確率 = ---------------------               1が出る場合

A,Bを見ると、分母に5、8があります。

最小公倍数は、40ですが、40×2=80回サイコロを振ったと考えましょう。

Aのサイコロを40回、Bのサイコロを40回振りました。

Aのサイコロで、1の目が出るのは　・・・　16回

Bのサイコロで、1の目が出るのは　・・・　15回

ってことは、両方で、1の目が出るのは　 31回、そのうちAは16回。

確率は16/31になります。

公式で考えると、

2/5		16		16
-------------------	=	--------	=	-----
1/2×2/5　+ 1/2×3/8		16+15		31

☆　2の補数（H11-1K-18)

求め方と、理由（なぜ2の補数が必要なのか）を押さえておきましょう。

求め方・・・ビットを反転して +1

理由（なぜ2の補数が必要なのか）　・・・　減算を加算として扱えるから

です。

やってみましょう。

10進数　4-3=1

  4-3　　　　　　　　　　　　　　　　　
=4+（-3）
=0100 + 1101　←　-3　の2の補数・・・　0011を反転して1100、1足して、1101。
=10001
（先頭ビット（キャリー）は無視）

=0001　・・・　1になります。

☆　情報落ちとケタ落ち（H11-1K-18)

情報落ち・・・絶対値が大きく異なる正の数の足し算

　12345
+      0.00037261
------------------
  12345.00037261

となるんですが、コンピュータの有効ケタが5ケタの場合は、0.00037261が消えてしまいます。

ケタ落ち・・・絶対値がほぼ等しい正の数の引き算。

  12345
 -12344
---------
         1

有効ケタが5ケタから1ケタになりました。

情報落ちを起こさないようにするためには、

小さい順に並べて、小さい方から順に加えます。

2.コンピュータアーキテクチャ

☆　デュアルシステムとデュプレックスシステム

		関連して、スタンバイ系 も覚えましょう。 （H12-1K-79) （H11-1K-77) （H10-1K-79)
デュアルシステム	同じ（オンライン）処理を2つのＣＰＵで同時に実行する	ホットスタンバイ
デュプレックス	ＣＰＵは2つあるが、 1つはオンライン系として使用し、1個はバッチ系として使用する。	ウォームスタンバイ コールドスタンバイ

☆　マルチプロセッサ（密結合と疎結合）（H11-1K-18)（H10-1K-77)

	メモリ	OS
密結合	共有メモリ	単一のOS
疎結合	各プロセッサごとのメモリ	異なるOSも可

相対的に言うと、密結合は

・プロセッサの数に上限があります。（メモリなどを共有しているため）

・性能は、CPUの数に比例しません（一般的に√（CPU数）倍）

・キーワードは競合⇒ボトルネック

☆　RISC　と　CISC　は省略

☆　パイプライン（H11-1K-11）

□	□	□	□	□	□
	□	□	□	□	□	□
		□	□	□	□	□	□

キーワードは、”ステージ”、”並列に動作”です。

☆　パイプラインを使う時と、使わない時ではどのくらい速度は違いますか？　☆

という問題が出されます。

（過去問より）

・各命令が5サイクル

・ストールなしで実行

・20命令で実行

で、パイプライン無しの時と比べて時間は？

[1] [2] [3] [4] [5] [1] [2] [3] [4] [5] ･･･ ･･･ ･･･ [1] [2] [3] [4] [5] で、完了。 |←ここから、勘定して、　　　　　　　　　ここまで→| 上のような絵で考えてみることをお勧めします。 ・1回目は5単位。 ・2回目は1単位足して、6単位。 こんな感じで、1ずらすのは20-1＝19回。 つまり、5+1×19=24単位。 パイプラインを使わなかったら、 5×20＝100単位。 24％に短縮されます。 この問題は出来るようにしておきましょう。

☆　スーパースカラ（H11-1K-18)

処理UNITが複数あります。

[1]	[2]	[3]	[4]	[5]
[1]	[2]	[3]	[4]	[5]

複数あるから、重ねられます。

☆　パイプラインハザード

パイプラインに関連して・・・

”パイプラインハザード”という言葉があります。

きれいにプログラムが流れようとするけど、流れない状態のことを言います。

	+-	データハザード	・・・以前の命令の結果を使う
--	-+-	制御ハザード	・・・Jump命令
	+-	構造的ハザード	・・・リソースの競合

　

命令	命令の例
[1]	取り出し
[2]	解釈
[3]	・・・
[4]	・・・
[5]	・・・

[1]（命令を取り出し）が終わったら、[2]（解釈）してる間に次の人が[1]（取り出せる)じゃない？

というのが、パイプラインの考えでした。

☆　データハザード〜以前の命令の結果〜

例えば、アセンブラの命令

ADD R1,R2､R3　・・・　R2+R3をして、R1に入れる SUB R4,R1､R5　･･･　R1-R5をして、R4に入れる

を実行するとします。

ADD命令でR1にR2+R3の結果を入れるのは、[1]〜[5]の一番最後です。

逆に、SUB命令でR1を取り出すのは、ADD命令でR1に計算結果を入れる前です。

これで、うまくいかなければ、エラーが出ます。

☆　制御ハザード〜Jump命令〜

例えば、3の命令で、8にジャンプするとしましょう。

3を読み終わって、パイプラインで次に4、5と読んでいるのに、

あとから8にジャンプすることが分かったら、4、5を読んだことが、

無駄になるし、流れが乱れてしまいます。

このように、パイプラインが止まることを、”パイプラインストール”とか、”インターロック”とか言います。

用語として覚えておいて下さい。

　

☆　キャッシュメモリ（キーワード集）（H11-1K-18)（H10-1K-16)

・NFP

・ヒット率

・ライトスルー/ライトバック

・セットアソシエイティブ

キャッシュメモリ1に対して、主メモリがあるセットで対応。

試験に良く出るのがこれ。

・フルアソシエイティブ

キャッシュメモリ1に対して、主メモリはどこを使っても良い。

若干スピードが遅い。

・ダイレクトアソシエイティブ

キャッシュメモリ1に対して、主メモリ1で対応。

柔軟性がないぶん、速い。

・メモリインタリーブ・・・主記憶をバンクに分ける（バンクといえば、インタリーブ！）

・DMA

CPUを介さずに、　

主記憶⇔入出力装置　

をアクセスすること。

・RAID0〜5（H12-1K-17)（H10-1K-18)

RAID　0	ストライピング
RAID　1	二重化
RAID　2	ハミングコード	｝ほとんど使われていない
RAID　3	パリティ（バイト）
RAID　4	パリティ（ブロック）
RAID　5	パリティ+ストライピング

RAID　0（ストライピング）

ストライプ・・・帯です。

	ディスク A	ディスク B	ディスク C
	『	『	『
→	1	2	3
→	4	5	6
→	7	8	9
	』	』	』

バスに比べて、ディスクって遅いですよね？

1を読んでる間に、2を読みにいけば、少しでも早くなるでしょ？

RAIDというのは、冗長度を上げる（信頼性を上げる）ことです。

ストライプだけでは、例えば、”5”が無くなれば、全部だめになってしまいます。

→冗長性がありません。

RAID　2（ハミングコード）

”（7,4）ハミングコード”という書き方をします。

・4ビットのデータ、3ビットの冗長ビットがあります。

・7ビットでデータを保持します。

・2ビットの誤り検出、1ビットの誤り自動修正が出来ます。

RAID　3,4（パリティ）

ディスク A	ディスク B	ディスク C
データ管理	データ管理	パリティ管理

このように、パリティ管理専用のディスクがあります。

この場合、ディスクCはパリティなので、アクセスが集中します。

RAID　5（パリティ+ストライピング）（H11-1K-16)

	ディスク A	ディスク B	ディスク C
	『	『	『
→	1	パリティ	2
→	パリティ	3	4
→	5	6	パリティ
	』	』	』

RAID　3、4の対策がRAID　5です。

それぞれに、パリティが散りばめられています。

RAIDのメインの目的は冗長性です。

RAID　0は冗長性がありません。目的は性能UPです。

4.基本ソフトウエア

☆　性能評価尺度

この違いを言えるようにしておきましょう。

用語	説明
ターンアラウンドタイム	仕事を依頼してから、結果を得られるまでの時間（バッチ処理のイメージ）
レスポンスタイム （応答時間）	『送信』キーを押下して、画面が次の1行目が表示されるまでの時間 （オンライン処理のイメージ）
スループット	一定時間に行える仕事量

☆　プロセスの状態遷移（H11-1K-18)

”○”の中の状態と矢印の意味が書けるようにしておきましょう。

『�@のイベント（Run→Ready）が発生する理由を2つ書きなさい。』という問題が出されたら？

　　・タイムスライスを使い切った（自分の持ち時間で終わらなかった）

　　・自分より優先順位の高いタスクがReady状態になった。

これに関連して、覚えておいた方がいいのが、

　　『最優先のタスクは「　　　　」状態にとどまることが無い』です。

「　　」には何が入るでしょう？

　　一瞬「Ready」状態になりますが、すぐにRun状態になります。

☆　プロセスとスレッド（H11-1K-18)

プロセスもスレッドもプログラムを実行する単位です。

	プロセス	スレッド （軽量プロセス）
メモリ	別	共有
	↓ ↓ スレッドを切り替える オーバヘッドが大きい	↓ 　↓ 同一メモリなら、それほど オーバヘッドは大きくない
		マルチスレッドは一般的 になっています。

☆　タスクスケジューリング（H11-1K-18)（H10-1K-23,24)（H10-1K-78)

タスクスケジューリングとは、たくさんの仕事をどういう風にやるか？です。

スケジュール名	説明
ラウンドロビン	一定時間おきに、チェンジ
到着順	タスクの到着順（世の中一般）
優先順	タスクに付けられた優先順
イベントドリブン	イベント（マウス押下、外線から着信）がトリガ（引き金）になってタスクが動く
多重待ち行列方式	例えば、　優先度　大、中、小に分けて、それぞれ待ち行列を作りましょうってイメージ

　

A	CPU I/O CPU I/O
B	CPU　 　I/O

こういう過去問がよく出題されています。やっておきましょう。（H12-1K-21)(H11-1K-24）

以下のことに気をつけましょう。

☆優先順がついています。

☆I/Oについては、専用、共有の場合があります。

☆何を問われているのか？

☆図は丁寧に書きましょう。

☆　セマフォ

キーワードは排他制御

P操作・・・資源を使う。

V操作・・・資源を戻す。

電話ボックスをイメージしてください。だれかが使っていれば使えません。

		（共有）
A	→	[電話BOX]	←	B

係数セマフォというメモリがあって、P操作で-1、V操作で+1します。

それで、係数セマフォの値が0になると、資源が使えないことを意味します。

☆　仮想記憶装置

主記憶装置　≪　補助記憶装置　なので、補助記憶装置を主記憶装置に見立てて使いましょう！ということです。

補助記憶装置から主記憶装置にロードする単位は3つありました。

単位	サイズ
プログラム単位	可変	ロールイン、ロールアウト
セグメント単位 （オーバレイ方式）	可変
ページ単位	固定	ページイン、ページアウト

ページイン、ページアウトを合わせて、”ページング”といいます。

そのページングにCPUの能力が削がれて、処理能力が上がらないことを”スラッシング”と言います。

主記憶にページが無いことを、”ページフォールト”と言います。無いから、ページインします。

一般論として、サイズの大きさは

プログラム　>　セグメント　>　ページ（固定）

です。主記憶にロードしてくる時に、空きが無ければページアウトします。

そのアルゴリズムが

｛	FIFO・・・先入れ先出し
	LRU・・・最も遅くに使用したページをページアウトします。

です。この手の問題が出題されても、図はていねいに書くことを心がけましょう。

このバッファ（メモリ）のやりとりについて。

オーバーヘッドは可変長の方が、固定長（ページ）よりも大きくなります。

☆　フラグメンテーション（H11-1K-18)

可変長のときに使います。

すき間

／／／／／／／

＼＼＼＼＼＼＼ ＼＼＼＼＼＼＼

すき間

／／／／／／／

図　メモリ分布

これらのすき間を集めて（カーベジコレクション）、メモリを確保します。

ロードされているプログラムの場所を変えることを”再配置”といいました。

☆　プログラム制御とシステムコール

再配置といえば、定番の『再○○』4つを復習しましょう。

再配置	リロケータブル	ロードされているプログラムの場所を変えること
再入	リエントラント	実行中に別タスクが同一プログラムを実行
再使用	リユーザブル	実行終了後、もう一度使用する
再帰	リカーシブル	自分自身をCALL

5.データベース

☆　ANSI/SPARCの3層スキーマ論（H11-1K-18)

		論理データモデル （それだけの相手 に見せますか？）
	抽象化	↑
抽象世界	----→	概念データモデル （これは、架空のモデルです）
		↓
		物理データモデル （コンピュータに格納する 方法は？）

これを、ドキュメント化することをスキーマといいます。

ANSI・SPARCの 3層スキーマ	｛	論理データモデル	・・・外部スキーマ      （Viewはこれです） 　　　プログラムを組んだりします。 　　　人が使います。
		概念データモデル	・・・概念スキーマ      （DBMSに依存しません）
		物理データモデル	・・・内部スキーマ

それぞれのスキーマは互いに独立しあっています。
（コンピュータに格納する方法が変わっても、Viewは変わらないし、その逆もない。）

これをそれぞれ、論理データ独立、物理データ独立と言います。

☆　データベース構造のモデル

データ構造モデルとして、次の3つとその特徴を覚えておきましょう。

階層モデル	親子関係	1:n
ネットワークモデル		n:n
関係モデル

　

☆　データベース言語

SQLの利用形態

SQLはデータ定義文（DDL)とデータ操作文（DML)で構成される。

データ操作文（DML)（H11-1K-45)（H10-1K-46)

構文	意味	内容	別の言い方
selection	選択	行を選ぶ	タプル、row
projection	射影	列を選ぶ	アトリビュート、カラム
join	結合

操作の順番として、

�@自然結合（join）

�A�B　選択（selection）、射影（projection）

で行います。

データ定義文（DDL)

これは、DDLの言葉だけ覚えておきましょう。

プログラム方式

埋め込み型言語・・・親言語（ホスト）がいて、その中にモジュールを埋め込む。
　　　　　　　　　　　　そして、モジュールごと呼ぶ（CALL　○○）

独立言語　・・・　データベース独自が持っている言語（NAFRAL、T-SQL、PL/SQL)

☆　データベースの管理機能

データベースには次の管理機能を持っています。

再構成・・・構成を変更する

再編成・・・入出力を繰り返すうちに、データの物理的な並び方が乱れてきます。

　　　　　　すると、効率が悪くなるので、きれいに並びなおしてあげます。（H12-1K-48)

☆　排他制御（ロック）

キーワードは”ロックする”です。

占有ロックと共有ロックの関係はこんなんでした。（H8-1K-54）

	共有	占有
共有	○	×
占有	×	×

ロックの単位（これを粒度といいます）は、

	これも覚えておきましょう
ロックの単位	粒度	同時実行性	オーバヘッド	排他待ち
DB全体	大	悪	小	大
テーブル単位	↑ ↓	↑ ↓	↑ ↓	↑ ↓
ページ単位
レコード単位	小	良	大	小

デッドロック（H12-1K-26)(H11-1K-21）（H11-1K-18)

	X		Y
資源a	・		・
	|	×	|
資源b	・		・

タスクXが資源aを確保し、タスクYが資源bを確保した後に、
タスクYが資源bを要求し、タスクYが資源bを要求すると、デッドロックが発生します。

対策としては、

ロックする順序を決めておきましょう。　（Xの後にYをロックするなど。）

デッドロックが起きてしまったら、DBMSが適切に対処します（一方をキャンセルします）

2相ロック

排他制御のところで、時々”2相ロック”という言葉が出てきます。

2相ロックとは、

・.データにアクセスする前にロックしなければならない。
・.トランザクション内で1度でもアンロック操作を行った場合、それ以降ロック操作は行わない。
　　（アンロックのみ）

です。

2相というのは、ロック獲得相と、アンロック相があるということです。

（2相コミットとは別の話です）

☆　トランザクション

1つの不可分な処理のかたまり。

例えば、

A・・・出荷する。

B・・・出荷した分、在庫を減らす。

このA,Bを合わせて、トランザクションといいます。

A,B,CのJOBがあって、A、Bは実行、Cは未実行・・・これはあってはなりません。

トランザクションはALL　OR　NOTHING　です。

これをトランザクションの原子性（Atomicity）と言います。

トランザクションの性質として、ACIDを言う言葉がありました。（H11-1K-18)

A	Atomicity	原子性	Aｌｌ　or Nothing。 これ以上分けられないこと
C	Concurrency	一貫性、同時性	矛盾の無いこと
I	Isolation	独立性、隔離性	どんな順序でも、同じ結果になること
D	Durability	耐久性	完結したトランザクションはDB障害で失われないこと

これでよく出てくるのが（A