気合でなんとか

@ningensei848が頑張った記録

2017秋学期 月曜 コンピュータシステムとネットワーク 4週目

10/22-23にかけての台風21号の被害はそこそこに、午前中が全学的に休講になっただけであった。午後一番の三限にはなぜか出席することができなかったので、四限からの内容をメモする。今回はハードウェアをやっていくらしい。

(扱う内容的に、論理回路を学ぶ第三章を前提にしているらしい、要確認)

 

 前回↓

ningensei848.hatenablog.com

 

コンピュータとネットワーク概論 

第四章 コンピュータのハードウェア

キーワード:パリティ, RAID0, RAID1, RAID10, RAID5, セクタ, 

 

パリティ(parity) とは等価性の観念または等価性を維持する機能のこと。

RAIDとは、複数台のハードディスクを組み合わせることで仮想的な1台のハードディスクとして運用し冗長性を向上させる技術。つまり、任意のHDDが損傷しても機能が維持出来たり、HDDの読み込みを高速化して機能を向上させることが期待できる技術のことである。いくつか種類がある。(Redundant Arrays of Inexpensive Disks“高価ではないディスクの冗長配列”、または Redundant Arrays of Independent Disks“独立したディスクの冗長配列”

RAID0とは、複数台のハードディスクに、データを分散して読み書きし高速化したものである。これをストライピングと呼ぶ。ハードディスクを単に並列化しただけなので高速である一方、故障率が複数台になった分だけ増えてしまうことになる。(冗長性がまったくない)

RAID1とは、複数台のハードディスクに、同時に同じ内容を書き込む。これをミラーリングと呼ぶ。RAID 1は最もシンプルなRAIDであり、耐障害性の高いRAIDである。なぜなら、一台が故障した際にもう一方も同時に故障する可能性は低く、システムは稼動し続けるからである。しかし、冗長性を高める分だけ容量の利用効率も失われている。

RAID 10とは、RAID 0RAID 1を組み合わせた構成を特別にRAID 0+1 (RAID 01) およびRAID 1+0 (RAID 10) と呼ぶ。高速化、大容量化を目指したRAID 0と高信頼性を求めたRAID 1を組み合わせることにより、速度、容量、耐障害性の向上を図ることができる。最低4ドライブ必要である。RAID 0RAID 1は相性がよく、 RAID 1の特性によりRAID 0の弱点であったランダムアクセスも高速化できる。

(ハードディスクが最低四つも必要で学生の身分からすると手が出しづらいが……)

RAID5

RAID 5水平パリティを使用して複数のハードディスクに誤り訂正符号データと共に分散させて記録することで、RAID 3RAID 4のボトルネックを回避している。

(最低3ドライブが必要である)

RAID1やRAID1+0に比べて使用効率に優れている。
またRAID0のように複数のディスクに分散しているため読み出し性能が優れている。

【基礎から押さえるRAID講座】基本的なRAIDレベル【RAID5】 | RAID・NAS・サーバー復元 | データSOS によれば、

データはRAID0同様に分割して書き込まれるのに加え、同時に「パリティ」と呼ばれる冗長コードが生成されて書き込まれるのが特徴。
構成HDDのうち1台に障害が発生しても、残りのデータとパリティを元に欠損したデータを算出、完全な状態のデータを生成することができる。RAID5ではパリティを各ドライブに分散して書き込む。その為、特定のパリティドライブに対する負荷が減り、高速化が図れる。

(例えば3台構成のRAID5アレイでどのHDDに障害が発生しても、残りの2台構成の状態でシステムとしては稼働可能。欠損したデータは毎回演算によって算出される為、速度は低下する。) 
ただし、構成HDDのうち2台以上に障害が発生した場合には動作不能となり、データの再生・回復も不可能。

またRAID 5に速度面、耐障害性などでの不満がある場合、RAID 0+1や1+0と同様に、他のRAIDと組み合わせることで弱点をカバーできる。

気を付けねばならないこととして、1台故障時にトラブルに気づかない例が多い。
致命的な障害が起きやすいということである。

水平パリティ

水平パリティは、パリティ用領域に使用されるディスク以外のXORで水平方向のパリティ (PH) をとる。水平パリティはそれぞれのディスクに格納され、1台のディスク障害に耐えることができる。ディスク障害時は障害の発生したディスクのXORによる再計算で復元が可能である。 

HDDのアクセス速度はなぜ遅いのか?

p73の表4.3を改めてみてみると、主記憶装置と比べてHDDは桁違いに遅い(だいたい百万倍くらい遅い)→原理的に避けられない遅延がある(≒回転待ち時間)

平均回転待ち時間=60÷回転数(rpm)÷t秒

アクセス速度を稼ぐために半導体メモリを用いたバッファリングを行うのが一般的。

 

入力装置と出力装置

(教科書p78より)

キーボード

歴史的には様々な配列がある。対応する自然言語の影響もある。
実際には各キーに内部番号が与えられていて、OSでその番号から機能や文字に対応付けられ、アプリケーションソフトウェアに伝達される=キー配列のカスタマイズが可能

マウス

マウス型以外にもパッド型、スティック型、トラックボール型など様々なものがある。