応用情報技術者 2009年 春期 午後 問07

解答の論理構成

1. 端末がスタンバイモードから復帰する契機
   【問題文】には
   「クロック制御回路は、クロック発振を停止しているとき、タイマ割込みが発生するとTミリ秒前になるかほかの割込みを検出すると、クロック発振を再開する。」
   とあり、クロック発振を再開させる原因は“割込み”しかありません。したがって、MPUへのクロック供給が戻った瞬間に最初に動くのは割込みハンドラであり、a には「割込み処理」が入ります。
2. “遅延なく実行”される割込みの種類
   図1の説明文では、タイマ割込みのときだけ「タイマ割込み発生のTミリ秒前」にクロックを再開させています。さらに
   「クロックは、発振直後から発振が十分安定するまでにTミリ秒かかる。MPUへのクロック供給は、クロック発振再開からTミリ秒後となっている。」
   とあるので、タイマ割込みの場合は発振再開からちょうどTミリ秒後に“割込み発生時刻”が訪れ、MPUにクロックが入る瞬間＝割込み要求発生タイミングとなります。よって「遅延なく実行」されるのはタイマ割込みであり、b は「タイマ割込み処理」です。
3. その他の割込み時の遅延時間
   「ほかの割込みを検出すると、クロック発振を再開する」とあるため、外部割込みなどは“割込み要求が来たその瞬間”に発振再開が指示されます。ところが、MPUが動き出せるのは「発振再開からTミリ秒後」です。したがって割込み要求～サービス開始までの空白は常にTミリ秒発生し、c は「T」となります。
4. 結論
   a：割込み処理
   b：タイマ割込み処理
   c：T

誤りやすいポイント

• 「最初に実行される処理」を“タスク切替”や“OS初期化”と勘違いしやすい。あくまでクロック再開を呼び込んだ主体は割込みであることを忘れないこと。
• タイマ割込みだけが“発生予定時刻のTミリ秒前”にクロック再開を行う点を読み落とし、「すべての割込みでTミリ秒遅延」と誤答しやすい。
• Tの起点を「クロック供給再開後」ではなく「割込み検出後」と混同すると、cに $2T$ や $0$ を入れてしまうミスが発生する。

FAQ

解答の導き方

• 命令実行（時間割合 $0.8$）の寄与：$0.8\times P$
• アイドル（時間割合 $0.2$）の寄与：$0.2\times (0.5\times P)=0.1\times P$
• 合計：$0.8P+0.1P=0.9P$

• 命令実行による消費エネルギー相当：$9\text{ms}\times P$
• アイドルによる消費エネルギー相当：$1\text{ms}\times (0.5\times P)=0.5\text{ms}\times P$
• 1秒（1000 ms）あたりの合計エネルギー相当：$(9+0.5)\text{ms}\times P=9.5\text{ms}\times P$
• 平均消費（1秒あたり）＝$\frac{9.5\text{ms}}{1000\text{ms}}\times P=0.0095P$

誤りやすいポイント

• 10ミリ秒の内訳の読み間違い：その10ミリ秒の90％は「9ミリ秒」であり「0.9ミリ秒」ではありません。割合を時間に直す際に小数の桁を一つ間違えるミスに注意してください。
• 単位の取り扱いを忘れる：1秒＝1000ミリ秒であることを忘れ、そのまま割合を掛けて終わらせると平均化で誤ります。秒換算（またはミリ秒で統一）を必ず行ってください。
• アイドル時の消費をPと同じ扱いにする誤り：アイドルは「0.5×P」と定義されています。時間割合だけでなく、状態ごとの消費率を正しく掛け合わせる必要があります。
• スタンバイは消費0であることを問題文で明示している点を見落とすと余分に消費を見積もってしまいます。
• 表現の混同（どの空欄がどの文に対応するか）：設問中の空欄の位置を文脈で確実に対応付けてから計算してください。

FAQ

解答の論理構成

1. 省電力を実現するクロック制御タスクは、問題文で
   「クロック制御タスクは、①クロック発振の停止を指示し、②MPUをアイドルモードにする。このタスクは①と②を繰り返す。」
   と述べられています。つまり主目的は端末全体の電力削減であり、業務ロジックを直接処理するわけではありません。
2. 一方、他のタスクはメール受信後すぐに業務処理を行う必要があります。リアルタイムOSの特性として
   「タスクには優先度が付与され、あるタスク実行中に、より優先度の高いタスクが起動されると、実行中のタスクは実行可能状態となり、優先度の高いタスクが実行状態となる。」
   という表現があり、優先度が高いタスクほど即時にCPUを占有できます。
3. さらに、クロック制御タスクが動作している最中に割込みが入るケースについて、問題文は
   「クロック制御回路は、クロック制御タスクの①と②の間に割込みがあれば、その割込みを保留し、②の後にその割込みをMPUに通知する。」
   と明示しています。クロック制御タスクが長時間実行状態にあると、割込み処理や他タスクの起動が遅延し、リアルタイム性を損なうおそれがあります。
4. よって、クロック制御タスクはできるだけ速やかにCPUを明け渡す必要があるため、
   「ほかのタスクより低い優先度とする。」
   もしくは
   「すべてのタスクの中で最も低い優先度とする。」
   という設定が妥当となります。

誤りやすいポイント

• 省電力機能を「重要だから高優先度」と誤解しがちですが、リアルタイム応答を阻害しない方が優先されます。
• 割込み遅延の原因をOS側のプリエンプション設定と混同し、「同一優先度で良い」と判断してしまう。
• クロック発振停止はハードウェアが自律的に実行するため、タスクの優先度が高くなくても電力削減効果は維持できる点を見落とす。

FAQ

解答の論理構成

1. 【問題文】は、他タスクの基本動作を
   「“クロック制御タスク以外のすべてのタスクは、メールボックスに受信要求し…再び受信要求する。”」
   と規定しています。
2. メールボックスの受信要求を行ったタスクは、
   「“受信要求したタスクはメールボックスにメールが届くまで待ち状態になる。”」
   と明示されています。
3. したがって、クロック制御タスク以外のタスクは
   ①受信要求を出した直後に必ず待ち状態へ遷移し、
   ②メールが届くまでは実行状態にも実行可能状態にも戻りません。
4. 今、設問が想定している瞬間は「クロック制御タスクが実行状態にあるとき」です。
   この瞬間は、他タスクに新しいメールが届いておらず、条件②により全てが待ち状態で停止している場面だけが成立します。
5. 以上から、クロック制御タスクが実行状態にあるときに他タスクが取り得る状態は「待ち状態」のみとなります。
6. 図2の表記をそのまま用いて答えると、解答は「待ち状態」です。

誤りやすいポイント

• 「実行可能状態」を含めてしまう
  ─ メール未着ならタスクは待ち状態固定であり、スケジューラの対象にも上がりません。
• 「優先度が高いタスクがあればプリエンプトするはず」と考える
  ─ 優先度より先に“待ち状態から実行可能状態へ出る条件＝メール着信”が必要です。
• 図2の遷移を暗記だけで判断し、実際のタスク動作シーケンスを読み落とす

FAQ