基本情報技術者 2011年 春期 午前（科目A） 問18

CPUとI/Oの排他スケジューリング【午前解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 図の目盛で各ブロックの長さを読み取る（上の値）。CPU時間の合計はA＝8、B＝7で15単位。
2. I/Oが1台で発生順（FIFO）に処理される場合の時系列を追う（I/O使用中の要求は待ち行列に入る）。
3. 時刻ごとにCPUが誰を実行しているか、I/Oが誰を処理しているかを並べて書く。
4. 両タスクが終わる時刻（25）でCPUの稼働時間15を割る：$15/25=0.6$。
5. 百分率に直して60%とする。 具体的な時刻スケジュール（単位は図の目盛）

• 0–2: AのCPU（CPU稼働）。Bは待ち
• 2–4: BのCPU（CPU稼働）／2–10: AのI/O
• 4–10: BのI/O要求はAのI/Oが終わるまで待ち。CPUはアイドル
• 10–13: AのCPU（CPU稼働）／10–14: BのI/O
• 13–14: AのI/O要求はBのI/O待ち。CPUはアイドル
• 14–16: BのCPU（CPU稼働）／14–18: AのI/O
• 16–18: BのI/O要求は待ち。CPUはアイドル
• 18–21: AのCPU（CPU稼働）でAが終了／18–22: BのI/O
• 21–22: CPUアイドル
• 22–25: BのCPU（CPU稼働）でBが終了
  CPU稼働合計 = 2+2+3+2+3+3 = 15、全経過時間 = 25 → CPU使用率 = $15/25=60\%$。

選択肢別の誤答解説

• ア: 43% — CPUとI/Oの長さ比を誤って読み、I/Oの待ち時間を過小評価した結果。
• イ: 50% — CPUの稼働時間（15単位）か全経過時間（25単位）のどちらかを読み誤った結果。
• ウ: 60% — 図の目盛比とFIFOの逐次処理を正しく適用した値。
• エ: 75% — I/Oが同時に動ける元の図のまま計算した値（CPU15単位÷終了時刻20）。I/Oの直列化による待ち（CPUアイドル）を考慮していない。

よくある誤解

• I/Oが並列で動く元の図のスケジュールと混同して「I/Oの重なりでCPUは常に稼働する」と誤解する。逐次化ではI/Oが待ち行列を作りCPUにアイドルが発生する。
• 各ブロックの長さを正確に数えず「CPUブロック＝I/Oブロック」と仮定してしまうと誤った割合を出す。図の目盛で長さ比を確認すること。
• I/Oの「要求発生順（FIFO）」という条件を見落とし、優先度や入れ替えができると誤って計算する。

補足コラム

• この種の問題は「ブロックの相対長さを目盛で読み取る」「I/Oの並列性（同時処理／逐次処理）」「要求の処理順（FIFOか否か）」を正確に把握する力が問われます。
• 一般式：CPU使用率 = (全タスクのCPU合計時間) / (全体の経過時間)。逐次I/Oにより経過時間はI/Oのキュー待ちで伸びるため使用率が低下します。
• 改善策の例：I/Oデバイスの増設や非同期処理、I/OとCPUのオーバーラップを増やすスケジューリングでCPU使用率が向上します。

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