入出力制御方式（DMA・チャネル）とは？

入出力制御方式（DMA・チャネル）の意味

周辺機器とのデータ入出力の効率化のための仕組み。DMA（Direct Memory Access）は、CPUを介さずに周辺機器と主記憶装置の間で直接データを転送する方式で、CPUの負荷を軽減できる。

入出力制御方式（DMA・チャネル）の具体例

大容量のファイルをディスクから読み込む際、CPUが1バイトずつ転送処理を行うと非効率だが、DMAコントローラに転送を任せれば、CPUはその間に別の処理を並行して進められる。

入出力制御方式（DMA・チャネル）は試験でどう引っ掛けられる？

「CPUを介さない」を「CPUが一切関与しない」と読み違えないこと。転送の起動指示と完了時の割り込み受付はCPUが行う。またDMAはCPUと主記憶へのバスを共有するため、転送中はCPUのメモリアクセスが待たされる（サイクルスチール）。プログラム制御方式（CPUが1語ずつ転送）との違いは、転送そのものを肩代わりするかどうか。

入出力制御方式（DMA・チャネル）と関連する用語

• 割り込み処理

入出力制御方式（DMA・チャネル）が出た過去問

• SAN（Storage Area Network）におけるサーバとストレージの接続形態の説明として、適切なものはどれか。

  正解：ファイバチャネルなどによる専用ネットワークで接続する。

  要点：SANは専用網でブロックアクセス、NASはLANでファイル共有

  SANは、サーバとストレージをファイバチャネルなどの専用ネットワークで結び、ブロック単位のアクセスを高速に行う接続形態である。業務用LANとは別の経路を使うためトラフィックが干渉しにくい。ファイル共有プロトコルを使ってLAN経由でアクセスするのはNASであり、両者の違いが問われている。

  出典：平成29年度 秋期 ITサービスマネージャ試験 am2 問20（IPA）

• 内部割込みの要因として、適切なものはどれか。

  正解：演算結果がオーバフローした。

  要点：内部割込みはプログラム自身の実行が原因(オーバフロー等)

  内部割込みは、実行中のプログラムの処理そのものが原因で発生する割込みで、演算のオーバフローやゼロ除算、ページフォールト、特権命令違反、SVC(スーパバイザコール)などが該当する。これに対し外部割込みは、周辺装置やタイマ、電源など、実行中の命令とは無関係な外部要因によって起こる。DMA完了通知、タイマ満了、電源異常はいずれも外部割込みである。

  出典：令和3年度 春期 ITサービスマネージャ試験 am2 問21（IPA）

• 磁気ディスク装置や磁気テープ装置などの外部記憶装置とサーバを、通常のLANとは別の高速な専用ネットワークで接続してシステムを構成するものはどれか。

  正解：SAN

  要点：SANはLANと分離した専用ネットワークでストレージを接続する

  SAN(Storage Area Network)は、サーバとストレージ装置を業務用LANとは分離した専用の高速ネットワークで接続する構成である。ファイバチャネルなどを用いてブロック単位でアクセスし、LANの帯域を消費せずに大量データを転送できる。NASはLAN上でファイル単位に共有する方式、DASはサーバに直接接続する方式で、いずれも専用ネットワークを構成するものではない。

  出典：令和3年度 春期 ITサービスマネージャ試験 am2 問24（IPA）

• メモリインタリーブの説明として、適切なものはどれか。

  正解：主記憶を複数のバンクに分けて、CPUからのアクセス要求を並列的に処理できるようにする。

  要点：主記憶を複数バンクに分けて並列アクセスするのがインタリーブ

  メモリインタリーブは、主記憶を複数のバンクに分割し、連続するアドレスを各バンクへ順に割り当てることで、CPUからのアクセス要求を並列に処理する高速化手法である。あるバンクが読み書きの後処理をしている間に別のバンクへアクセスできるため、見かけ上のアクセス時間を短縮できる。仮想記憶、ディスクキャッシュ、DMAとは別の技術である。

  出典：令和5年度 春期 ITサービスマネージャ試験 am2 問21（IPA）