基本情報 平成26年度 秋期 問12：テクノロジ系に関する問題

答えは a です。

磁気ディスクのアクセス時間は 「待つ時間」＋「位置決め時間（針の移動）」＋「データ転送時間」 の合計。

• 回転速度を上げる → 待つ時間が短くなる
• 位置決め時間（シーク時間）を短くする → 針の移動が速くなる

どちらも速くなるのでアクセス時間も短くなる、というのがa。

👉 覚え方：「回転速度＋針の動き＝アクセス時間」。

ほかの選択肢：b 前処理・後処理は含まない／c 容量はトラック数×トラック当りでは決まらない（シリンダ数も）／d 転送速度は記録密度などで決まる。

なぜこれが正解か

正解は a。磁気ディスクのアクセス時間 = 位置決め時間（シーク時間）+ 回転待ち時間（サーチ時間）+ データ転送時間。

• 回転速度を上げる→平均回転待ち時間（1/2回転分）が短縮
• 位置決め時間を短縮→ヘッドの移動時間（シーク時間）が短縮

どちらの改善もアクセス時間短縮に直接寄与。

各選択肢の解説

• a 回転速度上昇/位置決め時間短縮で短縮：正解。
• b 処理装置の前処理・後処理時間も含む：含まない（CPU側の時間は別概念）。
• c 容量はトラック当り×1シリンダ当りトラック数だけで決まる：シリンダ数（=トラック密度）も必要で不完全。
• d 転送速度は回転速度と回転待ち時間で決まる：転送速度は記録密度×回転速度（ビット/秒）で決まり、回転待ち時間は無関係。

覚え方・ひっかけ注意

「磁気ディスクアクセス時間 = シーク時間 + 回転待ち時間 + データ転送時間」の3要素を覚える。

• シーク時間: ヘッドが目的トラックに移動する時間（数ms）
• 回転待ち時間: 目的セクタが回ってくるまでの平均時間（=1/2回転、7200rpmなら4.17ms）
• データ転送時間: セクタ通過時間（数十μs）

回転速度7200rpm/10000rpm/15000rpmが企業向けHDDの主流。SSDではこれらの概念が不要（メカ部品なし、ナノ秒オーダーアクセス）。

理論的背景

磁気ディスク（HDD）のアクセス時間モデル:

• シーク時間（Seek Time）: ヘッドアクチュエータが目的シリンダへ移動する時間。隣接シリンダ移動（最小）から最大シリンダ移動（最大）まで非線形に分布。平均シーク時間は最小・最大の中間。Enterprise HDDで3-5ms、コンシューマで8-12ms
• 回転待ち時間（Rotational Latency）: 目的セクタがヘッド下に到達する待ち時間。平均は1/2回転分。7200rpm→1回転8.33ms→平均4.17ms、15000rpm→平均2ms
• データ転送時間（Transfer Time）: セクタが通過する時間。回転速度×記録密度で決まる帯域（SATA 6Gbps、SAS 12Gbps、NVMe PCIe Gen5 32GB/s）の制限と内部速度の小さい方

実効データ転送速度は記録密度（bpi: Bits Per Inch）と線速度（=回転速度×半径）の積。プラッタの外周ほど線速度が大きく、高速転送ゾーン（Zone Bit Recording）として利用される。

実務での使われ方

ストレージ性能チューニング:

• シーケンシャルアクセス: ヘッドが連続移動するため高速。データの局所性を活かすファイル配置（再編成）、RAID 0/5/6でストライピング
• ランダムアクセス: シーク+回転待ちが繰返し発生し低速。インデックス・キャッシュで物理I/O削減
• IOPS（Input/Output Per Second）: ランダムアクセス性能指標。HDDで100-200 IOPS、SSDで数万-数十万、NVMeで百万超

SSD/NVMeへの置換が主流化したが、大容量データウェアハウス・コールドストレージではHDDが依然コスト効率良好。HAMR/MAMRで20TB超のHDDが実用化、Helium封入で消費電力低減。

ティアードストレージ: 高速アクセス層（NVMe SSD）+ 中速層（SAS SSD/HDD）+ 大容量層（SATA HDD）+ アーカイブ層（テープ/オブジェクトストレージ）の階層化で、アクセス頻度と性能/コストを最適化。AWS S3 Standard/IA/Glacier、Azure Hot/Cool/Archive、Google Standard/Nearline/Coldline/Archiveが代表例。

試験での位置づけ

FE/AP/ES/SAのテクノロジ系（システム構成要素）で頻出。①磁気ディスクアクセス時間の構成、②RAIDレベル、③SSDとHDDの特性比較、④I/Oスケジューリングアルゴリズム（FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN等）、⑤ストレージ性能指標（IOPS、レイテンシ、スループット）、が主要論点。

選択肢の発展補足

HDDのI/Oスケジューリング:

• FCFS（First Come First Served）: 受付順、効率最悪
• SSTF（Shortest Seek Time First）: 最短シーク優先、starvation発生
• SCAN/エレベータ: 一方向移動でアクセス、戻りも処理
• C-SCAN: 一方向移動のみ、戻り処理せず
• LOOK/C-LOOK: 要求がある範囲のみ移動

LinuxではCFQ（Completely Fair Queueing）、deadline、noopが選択可能。SSD/NVMeはhead movement不要のためnoop/noneが効率的。

SSDの特性:

• 物理的にメカ部品なし→シーク不要、ナノ秒アクセス
• 書込み寿命あり（P/E cycle、TLC 1000-3000回、QLC 100-1000回）
• ガベージコレクション・ウェアレベリング・TRIM等の管理オーバヘッド
• NAND Flash 3D構造（V-NAND、3D XPoint/Optane等）で大容量化

Storage Class Memory（SCM）: Intel Optane（廃止）、Samsung Z-NAND、CXLメモリ等の新階層。DRAMより遅いがSSDより速い、永続性あり。データセンタアーキテクチャを変革中。古典的HDD理論を理解しつつ、現代の階層化ストレージ全体像を把握することが重要。