コンピューティング・組込みのテーマ一覧
29件のテーマ
- コンピューティング・組込み
ISO 26262(自動車機能安全)
自動車E/Eの誤動作リスクを許容可能な水準まで低減する機能安全の国際規格——HARA→ASIL(A〜D)でリスクを等級化し、安全ライフサイクルとVモデルを展開、SPFM・LFM・PMHF指標でランダムハードウェア故障を定量化し、ASIL分解・SEooC・FTTIに加え、自動運転時代のSOTIF(21448)・ISO/SAE 21434・AI安全規格との融合までを論述形式で整理。
- コンピューティング・組込み
投機的実行と分岐予測(Speculative Execution & Branch Prediction)
条件分岐の方向・行き先をあらかじめ推測して深いパイプラインの空白を埋める分岐予測と、その推測の上で未確定命令を引き寄せて実行し誤予測時に巻き戻す投機的実行を扱う主題 — BHTの2ビット飽和カウンタ・BTB・RAS・相関/トーナメント/TAGE予測器、ROB・レジスタリネーミング基盤の誤予測復旧、制御/データ投機、アーキテクチャ状態は復旧するがキャッシュ痕跡が残って生じるSpectre・Meltdownなど一時的実行攻撃と緩和策を技術士の観点から深化整理。
- コンピューティング・組込み
キャッシュコヒーレンシプロトコル（Cache Coherence, MESI）
マルチコアのプライベートキャッシュに散らばった同一ブロックの複製をModified・Exclusive・Shared・Invalidの状態で管理し唯一の最新値の可視性をハードウェアで保証する仕組み — 書き込み伝播・直列化の要件、無効化対更新の方針、スヌーピング対ディレクトリの拡張性トレードオフ、MESI遷移とMOESI・MESIF拡張、偽共有の性能の罠、CXL・HTM等の最新動向を技術士の観点で深化整理。
- コンピューティング・組込み
CPUスケジューリング(CPU Scheduling)
準備キューのプロセスから次に実行する対象を選び、マルチプログラミングの効率を引き出すオペレーティングシステムの中核技法 — プロセス状態遷移と長期・中期・短期スケジューラの階層、プリエンプティブ/ノンプリエンプティブと性能指標のトレードオフ、FCFS・SJF・優先度・RR・MLFQアルゴリズムの数値比較、コンボイ効果・飢餓・優先度逆転への対応、Linux CFS/EEVDFとヘテロジニアスマルチコア・省電力志向スケジューリング、Kubernetes CFSスロットリングまで技術士の観点で深掘り整理。
- コンピューティング・組込み
リアルタイムOS(RTOS)
スループットではなくデッドライン内の応答を保証する決定性を第一目標とするオペレーティングシステム — ハード/ファーム/ソフトリアルタイムの区分、プリエンプティブ優先度スケジューリングとRMS·EDFのスケジューリング可能性のトレードオフ、優先度継承·固定ブロックメモリ·上限保証割込みで予測可能性を実現し、GPOS比較とPREEMPT_RT·混合クリティカリティ·TSN動向まで論述形式で整理。
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間欠コンピューティング（Intermittent Computing）
エネルギーハーベスティングに基づく間欠的な電力環境で、チェックポインティング・不揮発性メモリにより状態を保存・復旧する超低電力コンピューティング。
- コンピューティング・組込み
ゴシッププロトコルによる分散状態の伝播
少数のピアとの状態交換を繰り返し、中央ボトルネックなしにメンバーシップ・イベント・設定を拡散するゴシッププロトコルを、push・pull・push-pull方式、fanoutと収束、SWIM系障害検知、重複・競合・ネットワーク分断への対応、ブロードキャスト・合意・メッセージキューとの比較、サービスディスカバリとキャッシュ無効化の事例、セキュリティ・可観測性・チューニングの技術士向け考慮事項から論述する。
- コンピューティング・組込み
分散システムにおける論理時計(Logical Clock)
論理時計は物理時刻のドリフト・誤差を信頼せず、プロセスカウンタとメッセージ交換だけでイベントの先行関係(happens-before)と因果性を追跡する道具である — 全順序を与えるLamportスカラ時計と同時性まで判別するベクトル時計の原理・時計条件・メタデータ費用の比較、HLC・TrueTimeなど物理・論理結合方式、そしてDynamo・CRDT・分散DBの順序決定と競合解決への適用を論述形式で整理する。
- コンピューティング・組込み
ソートアルゴリズム(バブル・挿入・クイック)
バブルソート・挿入ソート(O(n²))とクイックソート(平均O(n log n)の分割統治)の動作・計算量・安定性の比較。
- コンピューティング・組込み
線形データ構造：スタック・キュー・リスト
線形データ構造であるスタック（LIFO）・キュー（FIFO）・リスト（任意アクセス）の入出力原理・演算・活用と比較。
- コンピューティング・組込み
データ構造: 線形と非線形
線形構造(スタック・キュー・リスト)と非線形構造(木・グラフ)の概念・種類と、接続形態による比較。
- コンピューティング・組込み
ページングとセグメンテーション
固定サイズのページング(内部断片化)と論理単位のセグメンテーション(外部断片化)の概念・アドレス変換・比較、ページドセグメンテーションによる結合とTLBによる高速化。
- コンピューティング・組込み
並列処理の相互結合網とトーラス
プロセッサ・メモリを結ぶ通信構造で、並列性能を左右する。バス・クロスバ・メッシュ・ハイパーキューブ、トーラスはメッシュの両端を結んで距離短縮・対称分散を実現する。
- コンピューティング・組込み
有向非巡回グラフ(DAG)とトポロジカルソート
方向があり巡回のないグラフで前後・依存関係を表現する。トポロジカルソート(Kahn:入次数0から除去)でビルド・スケジューリングの順序を決定する。
- コンピューティング・組込み
不均一メモリアクセス（NUMA, Non-Uniform Memory Access）
プロセッサごとにローカルメモリを直結して拡張性を得る代わりに、ローカル・リモートアクセスの遅延が異なるccNUMA構造 — ノード・インターコネクト・統合メモリコントローラーの構成、first-touch・affinity・interleaveなどOS・アプリケーション・仮想化（vNUMA）の全層にわたる局所性の整合、フォールスシェアリング・キャッシュ一貫性トラフィック、UMA・分散メモリとの比較と、CXL・階層型メモリへの拡張を詳細に整理する。
- コンピューティング・組込み
CRDT（競合のない複製データ型）
複数の複製が調整なしにそれぞれ更新しても、マージ演算の交換・結合・冪等性により必ず同一状態に収束（SEC）する複製データ型 — 状態/操作ベース、G/PN-Counter・OR-Set・シーケンスCRDTの種別と、合意・OTとの対比、リアルタイム協調・マルチリージョンへの適用戦略。
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優先度逆転(Priority Inversion)
高優先度のタスクが、低優先度タスクの資源占有と中優先度タスクのプリエンプションにより遅れて実行される現象。優先度継承・優先度上限で解決する。
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組込みソフトウェアテスト
ハードウェア・リアルタイム性・資源制約・安全性まで閉ループで検証する。MIL→SIL→PIL→HILの各段階、ISO 26262・DO-178CのMC/DCカバレッジ準拠。
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ビッグエンディアンとリトルエンディアン
マルチバイトデータの格納順序。ビッグ(MSB先頭・ネットワーク標準)とリトル(LSB先頭・x86)、異機種間通信での変換。
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スラッシング(Thrashing)
過度なマルチプログラミングでページフォールトが急増し、CPUがスワッピングばかり繰り返して性能が急落する現象。ワーキングセット・PFF。
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デッドロック（Deadlock）
デッドロックの定義と、飢餓・ライブロックとの区別、相互排他・保持と待機・非preemption・循環待機という発生の4条件、資源割り当てグラフに基づく判定、予防・回避（銀行家アルゴリズム）・検知・回復の処理手法のトレードオフ、DB・マルチスレッド・分散システムの実務事例と食事する哲学者問題、ロック順序化・タイムアウト・再試行・可観測性といった技術士の観点からの考慮事項を論述形式で整理する。
- コンピューティング・組込み
木ソート(Tree Sort)
二分探索木に挿入した後、中間順(in-order)走査で整列するアルゴリズム。原理・計算量(平均O(n log n)、偏り時O(n²))と、AVL・赤黒木などの平衡木による最悪ケース回避・動的データへの応用。
- コンピューティング・組込み
メモリインターリーブ(Memory Interleaving)
メモリを複数のバンク・チャネルに分割し、連続するアドレスを分散配置して並列・重畳アクセスで帯域幅を高める手法。下位/上位インターリーブ、バンク競合、キャッシュとの関係、HBM・NUMAへの拡張まで。
- コンピューティング・組込み
競合状態（Race Condition）
共有資源への保護されていない同時アクセスにより、実行順序によって結果が変わる非決定的な誤り。クリティカルセクション・相互排除（ミューテックス・セマフォ・CAS）と、デッドロック・TOCTOUの制御。
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ブルームフィルタ（Bloom Filter）
mビットの配列とk個のハッシュ関数のみで集合への所属を判定する確率的データ構造で、「存在しない」は100%正確で「存在する」だけ偽陽性を許容し、ごく少量のメモリで大規模なメンバーシップクエリを安価にふるい落とす。動作原理と偽陽性確率の設計式（m/n·ln2）、LSM DB・セーフブラウジングなどの活用事例、カウンティング・カッコウフィルタとのトレードオフを扱う。
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WebAssembly（Wasm）
多様な言語をコンパイルし、ブラウザ・サーバー・エッジでネイティブに近い速度で安全に実行する移植可能なバイナリ命令フォーマット。スタックVM・線形メモリ・ケイパビリティベースの隔離を基盤とし、WASI・コンポーネントモデルへと拡張される軽量な隔離実行レイヤー。
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コンシステントハッシュ法（Consistent Hashing）
キーとノードを一つのハッシュリング上に配置し、時計回りで最初のノードにキーを割り当てることで、ノードの増減時の再配置を平均K/Nに最小化する分配手法。仮想ノードにより負荷の均等性と重み付けを確保し、分散ストア・キャッシュ・ロードバランサの標準的なルーティング基盤として活用される。
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分散合意アルゴリズム（Distributed Consensus）——PaxosとRaft
部分故障環境において過半数のクォーラムとログ複製により複数ノードが同一の命令順序に合意する技術。Paxos・Raftの原理・リーダー選出・安全性と、etcdなどの実務適用を扱う。
- コンピューティング・組込み
アルゴリズムの計算量とオーダー記法（O-Notation）
時間・空間計算量とオーダー記法（O-Notation）の概念・種類（O(1)〜O(n!)）と、入力サイズに応じた計算時間の増加率の違い。