基本情報技術者試験 (FE)｜ 第２章 まとめ | ソフトウェアとマルチメディア
基本情報技術者試験 第2章：ソフトウェアとマルチメディア 完全ガイド
Fundamental Information Technology Engineer Examination
こんにちは！私が2025年12月に基本情報技術者試験 (FE)に合格しました。こちらのシリーズは FEを勉強した時の個人メモです。ブログとしてシェアさせていただき、皆さんの参考になれば幸いです！
この記事では、基本情報技術者試験の第2章「ソフトウェアとマルチメディア」について、OSS、ジョブ管理、タスク管理、記憶管理、ファイル管理、マルチメディアなど、試験に必要な重要トピックを詳しく解説します。
2.01：ソフトウェア
基本用語
- デバイスドライバ：周辺機器を制御するソフトウエア
- プラグアンドプレイ：プラグ差すだけで必要な設定をしてくれる機能
OSSのライセンス
| 保証 | 元ソースの著作権 ライセンス表示 |
ソースコードの公開 | 別のライセンスにする | |
|---|---|---|---|---|
| コピーレフト | 無保証 | 必要 | 必要 | 禁止 |
| 非コピーレフト | 無保証 | 必要 | 必要なし | 可能 |
OSSライセンスの代表的なもの
- BSD：（非コピーレフト）非常に自由！コード非公開でも商用でもOK！
- GPL：（コピーレフト）ソース公開 & GPLのライセンスのままで配る/再配布！
2.02：ジョブ管理とタスク管理
基本概念
- Job(ジョブ)：利用者からみたの仕事単位
- Task(タスク)：OSからみた仕事の単位
ジョブ管理
- スプーリング：スループットの向上のため、主記憶 と 入出力装置の真ん中に補助記憶を介する
タスク管理
タスクの状態遷移
|←――→「実行状態」―――→|
| |
タスク生成 ――――→「実行可能状態」←―――― 「待ち状態」
- ディスパッチ：実行可能状態 → 実行状態へ移動するための権限割り当て行動
タスクスケジューリング
- 到着順方式：実行可能待ち行列の先頭にあるタスクから順に、CPUの使用権を割り当てる
- 処理時間順方式：処理予定時間が最も短いタスクから順に、CPU使用権を割り当てる
- 優先度順方式：優先度の高いタスクから順に、CPU使用権を割り当てる
- ラウンドロビン方式：実行可能待ち行列の先頭にあるタスクから順に、CPUの使用権を割り当てる。一定時間 (time slice) が経つと、実行中断 → 実行可能待ち状態の最後尾に移動
マルチタスク
- マルチタスク：複数タスクに処理時間を順番割り当て、同時に実行されるように見せる
タスク切り替わる方式
- プリエンプティブ方式：OS判断でタスク切り替わる
- ノンプリエンプティブ方式：プログラム判断でタスク切り替わる
割り込み
実行中の処理を一時中断し、別の処理に切替る
内部割込み
実行中のプログラムが原因で起こる
- プログラム割込み：ゼロによる除算、桁あふれ、ページフォルト、...など
- SVC割り込み（SuperVisor Call）：プログラムがOSに入出力を要求した時に起こる
外部割込み
実行中のプログラム以外が原因で起こる
- 機械チェック割込：電源異常、ハードウェアの故障が原因で起こる
- 入出力割込み：入出力操作が完了した時に起こる
- タイマ割込み：プログラムの実行時間が設定時間を経過した時に起こる (Time Out)
- コンソール割込み：オペレータが介入した時に起こる
待ち行列モデル
- M/M/1の待ち行列モデル：平均待ち時間を求めるための待ち行列モデル。前提条件：ジョブ到着 + 処理時間がランダム、処理窓口が1つ、先着順に処理、列への割込みはない
2.03：記憶管理
実記憶管理
区画方式
- 固定区画方式：効率悪い、速度早い
- 可変区画方式：効率良い、速度遅い
その他の方式
- スワッピング方式：不要なページを主記憶から補助記憶に追い出す (swap out) ⟷ 必要なページを補助記憶から主記憶に配置 (swap in)
- オーバレイ方式：プログラムを同時に実行しない。排他的な幾つかのセグメントに分割しておき、必要な部分だけを主記憶に配置して実行
メモリ管理
- メモリリーク：確保した主記憶領域が解放されなく、使用可能な領域が減少すること
- ガーベジコレクション：メモリリークの対処法、不要な領域を解放する
仮想記憶方式
ページング方式
主記憶を固定長（ページ）に分割、このページで管理する
- 動的アドレス変換機構（DAT: Dynamic Address Translator）：プログラムを仮想記憶上の仮想アドレスから主記憶の実アドレスに変換すること
ページ処理の流れ
必要なページが主記憶に存在しないとき、以下の流れが生じる
ページフォルト → ページアウト → ページイン
(割込み発生) （不要なページ追い出す） （必要なページを主記憶に配置する）
主記憶 ―――― ページアウト ――→ 補助記憶
（実記憶）←――― ページイン ―――― (仮想記憶）
ページ置き換えアルゴリズム
- FIFO：First in First out
- LRU：(Least Recently) 最も経過時間が長い
- LFU：(Least Frequently) 参照回数が最も少ない
2.04：ファイル管理
データのバックアップ
- フルバックアップ：全てのデータをバックアップ
- 差分バックアップ：前回のフルバックアップ以降に更新されたデータをバックアップ
- 増分バックアップ：前回のバックアップ以降に更新されたデータをバックアップ
比較
- フルバックアップ：バックアップ時間が遅い、復元が早い
- 差分・増分 ：バックアップ時間が早い、復元が遅い
2.05：マルチメディア
画像・動画の圧縮方式
- 可逆圧縮方式：圧縮した後、完全に復元できる
- 非可逆圧縮方式：圧縮した後、完全に復元できない
画像フォーマット
- BMP：非圧縮
- GIF：可逆圧縮
- PNG：可逆圧縮。WEB用の画像
- JPEG：非可逆圧縮。画像の国際標準規格
動画フォーマット（MPEG）
非可逆圧縮。動画の国際標準規格
- MPEG-1：Video CD (MP3はMPEG-1の音声データ圧縮形式)
- MPEG-2：DVD-Video
- MPEG-4：ビデオカメラに用いる（H.264/MPEG-4AVCとして規格されている）
メタデータ
- Exif：Smartphoneやデジタルカメラで撮影した写真に埋め込まれるメタデータ。Exif data can include: Camera maker and model, Camera settings, Date and time the photo was taken, GPS location, Image resolution, etc.
CG技術（Computer Graphics）
- アンチエイリアシング (Anti aliasing)：斜め線や曲線のギザギザを滑らかに
- テクスチャマッピング (texture mapping)：表面に模様を貼り付け
- レイトレーシング (ray tracing 光源追跡)
- シェーディング (shading)
- クリッピング：ウインドウ用いて、ウインドウ内のサイズで画像を取り出す
- モーフィング：画像を別の画像に変化する時に、その変化を滑らかにするため、補う画像を用いる
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