第 7 章 周辺機器#
7.1 周辺機器の概要#
- 周辺機器の役割は、コンピュータと他の機器、およびコンピュータとユーザーの間の接続を提供することです。実際には、CPU とメインメモリ以外のコンピュータシステムのすべての部分は、周辺機器として見ることができます。
7.1.1 周辺機器の一般的な機能#
- 周辺機器の機能は、コンピュータと他の機器、およびコンピュータとユーザーの間の接続を提供することです。
- 指標的には、新しい技術が低コスト、小型、高速、大容量、低消費電力などの方向に進化しています。
- 構造的には、初期のシリアル操作入出力方式から、チャネル接続を持つ複数の外部デバイスの並列操作方式に進化しています。
- 種類的には、単純な入出力装置から、さまざまな入出力装置、ランダムアクセス大容量外部記憶装置、さまざまな端末デバイスなどに進化しています。
- 性能的には、情報交換速度が大幅に向上し、入出力形式には数字だけでなく、直感的な画像や音声などの形式もあります。
周辺機器（ディスク）の基本構成（重要）#
- （1）記憶媒体は、情報を保存するための物理的な特性を持っています。たとえば、ディスクは記憶媒体の例であり、ディスク上に記録された磁化要素で情報を表します。
- （2）駆動装置は、記憶媒体を移動させるために使用されます。たとえば、ディスクデバイスでは、駆動装置はディスクを回転させて位置を決めます。
- （3）制御回路は、記憶媒体にデータを送信したり、記憶媒体からデータを受信したりします。たとえば、ディスクの読み出し時には、制御回路はディスク上に磁化要素として表された情報をコンピュータが必要とする電気信号に変換し、これらの信号をケーブルでコンピュータ本体に送ります。
7.1.2 周辺機器の分類#
- コンピュータシステムにどのような周辺機器を装備するかは、実際のニーズに基づいて決定されます。
- 周辺機器は、入力デバイス、出力デバイス、外部記憶装置、データ通信装置、プロセス制御装置のいくつかの大きなカテゴリに分けることができます。
- 各種の周辺機器は、それぞれのデバイスコントローラによって制御され、デバイスコントローラはI/O インターフェースを介してホストと接続され、ホストの制御を受けます。
7.2 ディスクストレージデバイス（重要）#
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- ディスクの構成：
- 書き込み時に、コンピュータから並列に送られてきたデータは、並列から直列に変換されるレジスタに取り込まれ、1 ビットずつ書き込み電流ドライバによって増幅され、書き込みヘッドコイルに電流が流れることでディスクの磁化要素にビットごとの磁化が形成されます。
- 読み出し時には、記録媒体がヘッドの相対的な移動によって移動すると、ビットごとの磁化要素が形成する空間磁場が読み取りヘッドコイルで誘起され、この読み出し情報は増幅検出によって元のデータに復元されます。データは 1 ビットずつ直列に読み出されるため、コンピュータに直列に送信するためにシリアルから並列に変換されます。
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- ディスクストレージの技術仕様
- ストレージ密度：ストレージ密度は、トラック密度、ビット密度、面密度に分けられます。
- トラック密度：ディスクの半径方向における単位長さあたりのトラック数で、単位はトラック / インチです。
- ビット密度：トラックあたりに記録できるバイナリコードのビット数で、単位はビット / インチです。
- 面密度：ビット密度とトラック密度の積で、単位はビット / 平方インチです。
- ストレージ容量：ディスクストレージが保存できるバイトの総数をディスクストレージの容量と呼びます。
- アクセス時間：アクセス時間は、読み書きコマンドが発行されてから、ヘッドが特定の開始位置から新しいレコード位置に移動し、情報をディスク表面から読み出すまたは書き込むために必要な時間です。
- 次の 3 つの要素に依存します：
- 最初は、要求されたトラックにヘッドを配置するために必要な時間であり、シーク時間と呼ばれます。
- 2 番目は、シークが完了した後、ヘッドがトラック上のアクセスする情報に到達するまでの待ち時間であり、待ち時間と呼ばれます。これらの時間はランダムに変動するため、通常は平均値で表されます。平均シーク時間は、最大シーク時間と最小シーク時間の平均値です。平均待ち時間は、ディスクの回転速度に関連しており、ディスクが 1 回転するのに必要な時間の半分で表されます。
- 3 番目は、データ転送時間です。
- ディスクの平均アクセス時間：
- Ta = Ts + 1 / (2r) + b / (rN)
- Ts：平均シーク時間
- 1 / (2r)：平均待ち時間
- b / (rN)：データ転送時間
- r：ディスクの回転速度（回転 / 秒）
- b：転送されるバイト数
- N：トラックあたりのバイト数
- データ転送速度：ディスクストレージがホストに対して単位時間あたりに転送するデータのバイト数をデータ転送速度と呼びます。
- 転送速度は、ストレージデバイスとホストインターフェースの論理に関連しています。ホストインターフェースの観点からは、デバイスからの情報の受信 / 送信に十分な高速な転送速度が必要です。ストレージデバイスの観点からは、ディスクの回転速度が n 回転 / 秒であり、各トラックの容量が N バイトであると仮定すると、データ転送速度は次のようになります：
- Dr = nN（バイト / 秒）または Dr = D・v（バイト / 秒）、ここで、D はビット密度、v はディスクの回転線速度
【例 1】ディスクグループには 6 枚のディスクがあり、各ディスクには 2 つの記録面があります。内径 22cm、外径 33cm のストレージ領域で、トラック密度は 40 トラック /cm、内層のビット密度は 400 ビット /cm、回転速度は 6000 回転 / 分です。質問：
（1）総シリンダー数はいくつですか？
（2）ディスクグループの総ストレージ容量はいくつですか？
（3）データ転送速度はいくらですか？
解答：（1）有効なストレージ領域 = 16.5-11（cm）
トラック密度 = 40 トラック /cm なので、40×5.5=220 トラック、つまり 220 個のシリンダーがあります。
（2）内層のトラック周長は 2πR=2×3.14×11=69.08（cm）
各トラックの情報量 = 400 ビット /cm×69.08cm=27632 ビット = 3454 バイト
1 面の情報量 = 3454 バイト ×220=759880 バイト
ディスクグループの総容量 = 759880 バイト ×10=7598800 バイト
（3）ディスクのデータ転送速度 Dr=rN
N は各トラックの容量で、N=3454 バイト
r はディスクの回転速度で、r=6000 回転 / 60 秒 = 100 回転 / 秒
Dr=rN=100×3454 バイト = 345400 バイト / 秒