応用情報技術者 2024年 秋期 午後 問07

解答の論理構成

1. 通話時に併用できない機能を特定
   【問題文】には
   「Sイヤホンを用いて通話するときには、音源再生機能及び音声アシスト機能は使用できない。」
   と明記されています。これにより、通話が開始される際にはこの2機能を停止する必要があると分かります。
2. a、bのブランクの役割を確認
   表1「通話機能」の説明の冒頭では
   「Sイヤホンは、a及びbを停止して、通話開始を音声で知らせる。」
   とあり、ここに入るのは前述の “使用できない” 2機能と一致します。
3. 機能名を原文どおり抜き出す
   該当する名称は表1の機能名欄に示された
   ・「音源再生機能」
   ・「音声アシスト機能」
   です。順不同と指示されているため、a／bの対応順は問われません。

誤りやすいポイント

• 「ノイズキャンセル機能」は通話時に“△”で切替え可（表3）なので停止必須と誤解しやすい。
• 「停止」と「オフ」のニュアンスを混同し、オン／オフ設定可能な機能を全て候補に入れてしまう。
• 表1の機能名を略称や平仮名表記に変えて書き、原文引用の要件を満たさない。

FAQ

解答の論理構成

1. 待機時はクロック供給を停止
   表3の「待機時」におけるクロック部への指示は「0」です。これは制御部を完全に止めて省電力化している状態を示します。
2. クロックが停止していても通信部は常時動作
   表2「通信部」の最初の記述に
   「Bluetoothを用いてスマホと通信を行う。内部にクロックをもち、電源オン後は常に動作する。」
   とあります。したがって、待機中でも通信部だけは独立したクロックでスマホとの接続を維持できます。
3. 通信部はデータ受信時にクロック部へ通知
   同じく表2「通信部」には
   「スマホからのデータを受信すると、それを制御部に送信し、データを受信したことをクロック部に送信する。」
   と明記されています。つまりスマホから何らかのデータ（再生指示、着信など）が届いた瞬間、通信部がクロック部へ“起こして”ほしい旨を伝えます。
4. クロック部の再開条件
   表2「クロック部」には
   「停止したクロックの供給は、①特定のイベントによって再開する。」
   とあるだけで、そのイベント内容は本文中で直接は示されていません。しかし上記3. の挙動とつなげると、通信部が報告する“スマホからのデータ受信”だけが、クロック部が把握できる具体的なイベントになります。
5. 他の選択肢が不適切である理由
   ・「一定時間経過」は待機だけで再起動すると無駄に電力を消費します。
   ・「制御部からの指示」は、そもそも制御部が停止しているので発行不能です。
   ・「電力部が電力を供給」は電源オン直後以外に変化しません。
   ・「マイクから入力された音声データから特定のキーワードを検出」は、マイクを読むマイクタスクも止まっているため検出が行えません。
6. よって①の正解は「スマホからのデータを受信」、すなわち解答群「イ」となります。

誤りやすいポイント

• 「制御部が止まっている＝マイクも止まる」ことを見落とし、音声トリガを選んでしまう。
• 通信部が独自クロックで「常に動作する」記述を読み飛ばし、全デバイスがスリープに入ると勘違いする。
• クロック停止からの再開を「制御部自身が行う」と思い込み、ループ論理に陥る。

FAQ

解答の導き方

• スピーカータスク：起動周期 $T_s=5$、実行時間は音源再生時に $C_s=3.4$、通話時に $C_s=0.5$。
• マイクタスク：起動周期 $T_m=2$、実行時間 $C_m=1.0$。
• 特定語検出タスク（左イヤホンで音声アシストがオンのときのみ）：起動周期 $T_k=40$、実行時間 $C_k=20$。
  （問題文に「メインタスクはそのイヤホンで必要となるタスクだけを生成する」とあるため、音声アシストがオフのときは特定語検出タスクは考えません。）

1. 音源再生1（音源再生 ○、音声アシスト ○、ノイズキャンセルはオフ）
   使用タスク：スピーカー（音源再生用）、マイク、特定語検出。
   $U_{\mathrm{base}}=\frac{3.4}{5}+\frac{1.0}{2}+\frac{20}{40}=0.68+0.5+0.5=1.68$。
   必要倍率は $k\ge 1.68$。候補値 {0,0.5,1,1.5,2} の中で最小の $k$ は $2$。よってc = 2。
2. 音源再生2（音源再生 ○、ノイズキャンセル ○、音声アシスト オフ）
   使用タスク：スピーカー（音源再生用）、マイク。特定語検出はオフ。
   $U_{\mathrm{base}}=\frac{3.4}{5}+\frac{1.0}{2}=0.68+0.5=1.18$。
   必要倍率は $k\ge 1.18$。候補値の中で最小の $k$ は $1.5$。よってd = 1.5。
3. 通話時（通話 ○、ノイズキャンセルは△＝オン／オフ切替可能）
   通話中は音源再生と音声アシストは停止する（問題文より）。使用タスク：スピーカー（通話用）、マイク。ノイズキャンセルがオンでもマイクの実行時間は表4の $1.0$ を用いる。
   $U_{\mathrm{base}}=\frac{0.5}{5}+\frac{1.0}{2}=0.1+0.5=0.6$。
   必要倍率は $k\ge 0.6$。候補値の中で最小の $k$ は $1$。よってe = 1。

誤りやすいポイント

• 特定語検出タスクを見落とす：音声アシストがオンのとき左イヤホンに特定語検出タスクが発生し、負荷が大きくなる（今回の最大負荷はこれを含む音源再生1）。
• スピーカータスクの実行時間をモードに依らず同一扱いする誤り：音源再生時は $3.4$、通話時は $0.5$ である点を区別する必要があります。
• 倍率選定で単に $\lceil U\rceil$ を取る（整数切上げ）する誤り：候補が0.5刻みなので「候補集合の中で $U$ 以上となる最小値」を使うのが正しい（例：$U=1.18$ は $\lceil U\rceil =2$ だが、利用可能な最小値は $1.5$）。
• 「メインタスクと通信タスクの時間を含める／切替え時間を考慮する」：設問でこれらは無視できると明示されているため含めない。
• 通話時の「△」を放置して低負荷で決める誤り：ユーザがノイズキャンセルをオンにできるため、最悪ケース（オン）を満たすように決めるのが安全です。

FAQ

解答の論理構成

1. 【問題文】では「タスクの優先度は、通信タスクが最も高く、以下、メインタスク、fタスク、gタスク、hタスク、アイドルタスクの順である。」と優先順位のみが与えられています。
2. どのタスクを当てはめるかは、表4に示された各タスクのリアルタイム性（起動周期と実行時間）から判断します。
3. 【問題文】には「"スピーカータスク、マイクタスク及び特定語検出タスクは起動周期内に処理が完了しなければならない。"」とあります。つまり、この3タスクはアイドルタスクよりも高い優先度を持ち、通信タスク・メインタスクよりは低い優先度範囲内に並ぶ必要があります。
4. 次に、3タスク内での優先度を決める鍵は起動周期の短さです。表4より
   ・「マイクタスク」の起動周期が最も短い
   ・「スピーカータスク」はそれに次ぐ
   ・「特定語検出タスク」が最も長い
   　短い周期ほどデッドラインが厳しくリアルタイム性が高いので、優先度も高く設定するのが一般的です。
5. 以上から、優先度順に
   「マイクタスク」→「スピーカータスク」→「特定語検出タスク」
   　となり、
   f＝マイク
   g＝スピーカー
   h＝特定語検出
   　が妥当だと導けます。

誤りやすいポイント

• 「通信タスク」「メインタスク」のあとに続く3枠に、表4に見当たらないタスク名を当てはめてしまう。
• 「スピーカータスク」と「マイクタスク」の優先度を逆にする。多くの受験者が“出力（スピーカー）の方が重要”と直感で判断しがちですが、実際には周期の短い「マイクタスク」の方が遅延に弱い。
• 表3のクロック周波数制御とタスク優先度を混同し、消費電力が小さい＝優先度が低いと短絡的に考えてしまう。

FAQ

解答の論理構成

1. 左右イヤホンで生成するタスクが異なる
   【問題文】には
   「左イヤホンと右イヤホンとで機能が異なるので、メインタスクはそのイヤホンで必要となるタスクだけを生成する。」
   とあり、左イヤホン専用のタスクが存在することが示されています。
2. 左イヤホンだけがスマホと直接やり取りする
   「左耳に装着するイヤホン（以下、左イヤホンという）はスマホとペアリングする。右耳に装着するイヤホン（以下、右イヤホンという）とスマホとの通信は、左イヤホンが中継する。」
   したがって、スマホやクラウドサービスと連携する処理は左イヤホン側で完結させるほうが合理的です。
3. 音声アシスト機能に必要な処理は“特定語”の検出
   音声アシスト機能は、マイク入力からウェイクワード（特定語）を検出して初めて動作します。表4に挙げられたタスクの中で、音声アシスト機能と直接結び付くのは「特定語検出タスク」です。
   右イヤホンはスマホと直接通信できないため、この検出処理を右側で行ってもメリットがなく、消費電力だけが増えます。
4. 結論
   よって「右イヤホンのメインタスクでは生成せず、左イヤホンのメインタスクだけが生成するタスク」は
   表4中のタスク名で「特定語検出」となります。

誤りやすいポイント

• 通信機能の中心が左イヤホンなので「通信タスク」を選んでしまう
  → 右イヤホンでもスマホへの中継通信が必要なため、通信タスクは両方で生成されます。
• 「マイクタスク」を左専用と誤解する
  → ノイズキャンセルや通話では右イヤホンのマイクも使うため、両側で必要です。
• 優先度の高低で判断してしまう
  → 問題は優先度ではなく“どのイヤホンで必要になるか”です。

FAQ

解答の論理構成

1. 【問題文】には次の記述があります。
   ・「リアルタイムOSのタスクの状態は、実行状態、実行可能状態、又は待ち状態のいずれかである。」
   ・「アイドルタスクは最も優先度が低いので、アイドルタスクが実行状態のとき、ほかのタスクの状態はiである。」
2. リアルタイムOSでは「より高い優先度のタスクが実行可能状態にある限り、それがCPUを占有する」というプリエンプティブ（優先度）スケジューリングが一般的です。
3. アイドルタスクが「実行状態」になれる条件は、
   • 他のすべてのタスクが「実行可能状態」にいない（存在すれば優先度が高いので切り替わる）
   • 残る可能性は「待ち状態」しかない
   ⇒ よって、ほかのタスクは「待ち状態」と判断できます。
4. 以上よりiに入る語は「待ち状態」であり、模範解答「i：待ち状態」と一致します。

誤りやすいポイント

• 「実行可能状態＝CPUを使っていないのでアイドルタスクが動ける」と誤解するケース
  実際には、実行可能状態に遷移した瞬間にスケジューラが動き、最も優先度が高いタスクが必ず実行状態になります。
• 3状態モデルを把握していないまま “待機” “スリープ” など曖昧な語を記述して減点されるケース。
• アイドルタスクの役割（消費電力抑制・割り込み待ち等）と今回問われている「他タスクの状態」とを混同するケース。

FAQ

解答の導き方

1. クロックの再開遅延を確認する。クロック部の説明に「停止したクロックの供給は、①特定のイベントによって再開する。このイベントを受けてから5ミリ秒後に、停止する直前の周波数でクロックの供給を再開する。」とあるため、クロックの再開には5ミリ秒を要します。
2. 期限（デッドライン）要件と起動周期を確認する。表4に「スピーカータスク、マイクタスク及び特定語検出タスクは起動周期内に処理が完了しなければならない。」とあり、音声制御部の説明に「2ミリ秒周期でマイクから入力された音声をデジタルデータに変換して、制御部に送信する。」および「5ミリ秒周期で制御部からデジタルデータを受信し、スピーカーで音声を出力する。」とあることから、マイクは2ミリ秒周期、スピーカーは5ミリ秒周期で起動することが確認できます。
3. 比較して結論を導く。クロック再開に5ミリ秒要するため、2ミリ秒周期のマイク処理は確実に起動周期内に処理できなくなります。スピーカーの5ミリ秒も再開遅延と同等であり、タイミングによっては期限違反が発生します。したがって、待機時以外にクロックの供給を停止すると周期タスクの起動周期内完了が保証できないため、停止できません。

誤りやすいポイント

• 起動周期と実行時間を混同する。今回の判断は「周期（起動間隔）」が基準で、実行時間だけで判断してはいけません。
• スピーカーの5ミリ秒を見て「ぎりぎり大丈夫」と誤判断する。再開遅延が5ミリ秒あるため等しい周期でも期限を逃す可能性があります。
• 起動周期の単位を見落とす（表2にある「2ミリ秒」「5ミリ秒」を必ず確認する必要があります）。
• クロック停止中は周期処理そのものが止まるため、停止→再開の遅延で欠落が発生する点を見落とす。

FAQ