カテゴリ: 1.コンピュータ

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コンピュータの構成要素については、設問で直接問われることはあまりありません。問われるのはディスプレイくらいです。
ですが、ここで登場するキーワードは知っている前提で使われます。コンピュータの全体像を説明するのに必要でしょうから、シラバスのキーワードをもとに簡単に解説します。 

1.コンピュータの構成要素

コンピュータは、5つの装置で構成されます。具体的には、演算装置,制御装置,記憶装置,入力装置,出力装置です。

装置

装置の例

解説

入力装置

キーボード、マウス

コンピュータに対して、文字や数字およびクリックする行為などの情報を入力する装置

演算装置

プロセッサ(CPU

計算処理やプログラムを実行する装置

制御装置

他の装置からの命令を受け取ったり、逆に送ったりするなど、コンピュータを制御する装置

記憶装置

メモリ、ハードディスク、USBメモリ、SDカード

コンピュータが処理する情報を記憶する装置

出力装置

ディスプレイ、プリンタ

コンピュータが出す情報を表示したり、紙媒体などに印刷して出力する装置

■Point
5つの装置の中で、演算装置・制御装置であるCPUと、記憶装置のメモリの出題頻度は高く、詳しく問われます。このあとの節で解説します。入力装置に関する出題は過去には無く、出力装置に関しては、ディスプレイに関して少しだけ問われます。よって、ディスプレイに関して、このあと解説します。

 

2.ディスプレイ

①CRTディスプレイ
 液晶ディスプレイが普及する以前は、多くのパソコンのディスプレイとして利用されていた、奥行きが大きなディスプレイです。
②液晶ディスプレイ(LCDLiquid Crystal Display
 薄型かつ消費電力が少ないディスプレイで、赤、緑、青のカラーフィルタによって色を表現します。

有機ELディスプレイ
 薄型かつ消費電力が少ないディスプレイで、電圧をかけると発光する発光素子に有機化合物を用います。

 

3.コンピュータに関する過去問を解いてみよう

■H28春AP問11 

問11 液晶ディスプレイ(LCD)の特徴として,適切なものはどれか。
ア 電圧を加えると発光する有機化合物を用いる。
イ 電子銃から発射された電子ビームが蛍光体に当たって発光する。
ウ 光の透過を画素ごとに制御し,カラーフィルタを用いて色を表現する。
エ 放電によって発生する紫外線と蛍光体を利用する。




アは有機ELディスプレイ、イはCRTディスプレイです。

正解:ウ


■H27秋AP問11

問11 有機ELディスプレイの説明として,適切なものはどれか。
ア 電圧をかけて発光素子を発光させて表示する。
イ 電子ビームが発光体に衝突して生じる発光で表示する。
ウ 透過する光の量を制御することで表示する。
エ 放電によって発生した紫外線で,蛍光体を発光させて表示する。




イはCRTディスプレイ、ウは液晶ディスプレイです。

正解:ア

 

■H18春AD午前問4

問4 液晶ディスプレイの特徴はどれか。
ア CRTディスプレイよりも薄く小型であるが,消費電力はCRTディスプレイよりも大きい。
イ 液晶自身は発光しないので,バックライト又は外部の光を取り込む仕組みが必要である。
ウ 同じ表示画面のまま長時間放置すると,焼付きを起こす。
エ 放電発光を利用したもので,高電圧が必要となる。




アは、CRTディスプレイよりも薄く小型であるところは液晶ディスプレイの特徴です。しかし、消費電力の部分が違います。液晶ディスプレイの方が消費電力が少ないのが特徴です。
ウはCRTです。

正解:イ

 

 

記憶装置には、CPU内のレジスタキャッシュメモリ、メインメモリ(主記憶)、補助記憶装置(HDDなど)があります。試験で最も問われるのは、この中のキャッシュメモリとメインメモリです。

 

 

1.記憶装置とは

 コンピュータで利用される記憶装置には、主記憶装置と補助記憶装置があります。主記憶装置の代表例は主記憶(メインメモリ)です。主記憶装置は、プログラムやデータを一時的に記憶するためのものです。
補助記憶装置の代表例は、ハードディスクやUSBメモリがあります。これらは、電源を切った後もデータが保存されますので、長期にデータを記憶・保存することが可能です。
以下に、両者の違いを整理します。

 

概要

記憶装置の例

速度

価格

主記憶装置

CPUと直接アクセスできる記憶装置

・主記憶(メインメモリ)に使われるDRAM

キャッシュメモリに使われるSRAM

速い

 

高い

 

補助記憶装置

CPUとは直接アクセスできない記憶装置

・ハードディスク

USBメモリ(フラッシュメモリ

遅い

安い

※主記憶(メインメモリ)、キャッシュメモリDRAMSRAMの言葉はこのあとに解説
 CPU,主記憶、補助記憶の関係は、机の上での仕事に置き換えられる例を見た人が多いでしょう。
皆さん、机の上で仕事をしますよね。皆さんの頭脳がCPUです。
メモリは机や書庫です。机の上に書類や資料を置きます。
机の上がキャッシュメモリです。すぐに手が届きます。脇卓がメインメモリです。毎回開け閉めをして書類を取り出します。壁にある書庫が補助記憶装置と考えましょう。

2.メインメモリとキャッシュメモリ

 キャッシュメモリとは,主記憶とCPUの間に置く高速アクセスが可能なメモリです。主記憶から読み出したデータをキャッシュメモリに保持し,  CPUが後で同じデータを読み出すときのデータ転送を高速に行うことができます。
a

 

3.記憶装置の過去問を解いてみよう

(1)H29秋

(H25秋AP問11と同じ)

問11 容量が a Mバイトでアクセス時間が x ナノ秒の命令キャッシュと,容量が b Mバイトでアクセス時間が y ナノ秒の主記憶をもつシステムにおいて,CPUからみた,主記憶と命令キャッシュとを合わせた平均アクセス時間を表す式はどれか。ここで読み込みたい命令コードがキャッシュに存在しない確率を r とし,キャッシュ管理に関するオーバヘッドは無視できるものとする。
H29a-問11






【正解】イ

(2)H29秋

問20 SRAMと比較した場合のDRAMの特徴はどれか。
ア 主にキャッシュメモリとして使用される。
イ データを保持するためのリフレッシュ又はアクセス動作が不要である。
ウ メモリセル構成が単純なので,ビット当たりの単価が安くなる。
エ メモリセルにフリップフロップを用いてデータを保存する。






【正解】ウ

(3)H29春

問11 15 M バイトのプログラムを圧縮した状態でフラッシュメモリに格納している。プログラムの圧縮率が40%,フラッシュメモリから主記憶への転送速度が20Mバイト/秒であリ,1Mバイトに圧縮されたデータの展開に主記憶上で0.03秒が掛かるとき,このプログラムが主記憶に展開されるまでの時間は何秒か。ここで,フラッシュメモリから主記憶への転送と圧縮データの展開は同時には行われないものとする。

ア 0.48     イ 0.75     ウ 0.93     エ 1.20

イメージが湧きにくい場合は、図にするといいでしょう。つたない図ですが、たとえば、以下になります。

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15 M バイトのプログラムを圧縮率40%で圧縮しているので、ファイルサイズは15M×0.4=6M
①転送にかかる時間
6Mバイトのファイルを、転送速度(20Mバイト/秒)で転送するので、時間は6÷20=0.3秒
②圧縮されたデータの展開にかかる時間
1Mの展開に、0.03秒かかるので、6Mバイトであれば、6×0.03=0.18秒

①と②を合計すると、0.3秒+0.18秒=0.48秒
【正解】ア

(4)H28春

問21 DRAMの説明として,適切なものはどれか。
ア 1バイト単位でデータの消去及び書込みが可能な不揮発性のメモリであり,電源遮断時もデータ保持が必要な用途に用いられる。
イ 不揮発性のメモリでNAND型又はNOR型があり,SSDに用いられる。
ウ メモリセルはフリップフロップで構成され,キャッシュメモリに用いられる。
エ リフレッシュ動作が必要なメモリであり,PCの主記憶として用いられる。






【正解】エ

(5)H27秋

問10 MMU(Memory Management Unit)の説明として,適切なものはどれか。
ア CPUからのページフォールドを受けて,物理ページのスワップを行う。
イ CPUが指定した仮想アドレスを物理アドレスに対応させる。
ウ OSの一部分であり,キャッシュ制御機能及びバス調整機能を有する。
エ 主記憶のデータの一部を保持し,CPUと主記憶の速度差を吸収する。






【正解】イ

(6)H25秋

問22 SRAMと比較した場合のDRAMの特徴はどれか。
ア 主にキャッシュメモリとして使用される。
イ データを保持するためのリフレッシュ又はアクセス動作が不要である。
ウ メモリセル構成が単純なので,ビット当たりの単価が安くなる。
エ メモリセルにフリップフロップを用いてデータを保存する。






【正解】ウ

Webページ上で画像編集ソフト等がなければできなかったような図形描写ができる仕組みであるSVG(Scalable Vector Graphics)


■H29秋
問25 W3Cで仕様が定義され,矩形や円,直線,文字列などの図形オブジェクトをXML形式で記述し,Webページでの図形描画にも使うことができる画像フォーマットはどれか。
ア OpenGL
イ PNG
ウ SVG
エ TIFF
【正解】ウ

スマートフォンやパソコンなどの電子機器には、半導体素子と呼ばれる電子部品が使われます。この半導体素子を1つのチップに大規模に統合したものがLSIです。LSI(Large Scale Integration)のフルスペルを見ると、大規模(Large Scale)に統合(Integration)という意味が分かると思います。
LSIをさらに集約したのがシステムLSIです。「複数のLSIで実現していた機能を1チップに集約したもの(H22秋AP問25)」と言えます。

■H22秋AP
問25 システムLSIに関する記述として,適切なものはどれか。
ア コンピュータシステムの動作を管理するために複数のマイコンを集約したLSI
イ 同一機能の複数個のLSIを一つの基板上に集約し,システムを構成したもの
ウ 特定のシステムに適応するように利用者が回路機能を変更できるLSI
工 複数のLSIで実現していた機能を1チップに集約したもの

正解はエ

■H23春ES
問12 LSIの省電力制御技術であるパワーゲーティングの説明として,適切なものはどれか。
ア 動作する必要のない回路ブロックに供給しているクロックを停止することによって,消費電力を減らす。
イ 動作する必要のない回路ブロックへの電源供給を遮断することによって,リーグ電流を減らす。
半導体製造プロセスの微細化によって生じるリーグ電流を,プロセス技術の改良によって減らす。
エ 複数の電圧の電源供給によって,動作周波数の低い回路ブロックには低い電源電圧を供給することで,動作時電力及びリーグ電流を減らす。

正解:イ

■H28春
問22 LSIの省電力制御技術であるパワーゲーティングの説明として,適切なものはどれか。
ア 異なる電圧値の電源を複数もち,動作周波数が低い回路ブロックには低い電源電圧を供給することによって,消費電力を減らす。
イ 動作する必要がない回路ブロックに供給しているクロックを停止することによって,消費電力を減らす。
ウ 動作する必要がない回路ブロックへの電源供給を遮断することによって,消費電力を減らす。
エ 半導体製造プロセスの微細化から生じるリーグ電流の増大を,使用材料などの革新によって抑える。
【正解】ウ

■H23秋AP午前
問23 LSIの故障メカニズムの一つであるESD (Electrostatic Discharge)破壊の説明として,適切なものはどれか。
機械的な力によって,配線が切断されてしまう現象
イ 寄生サイリスタの導通によって,半導体素子が破壊されてしまう現象
ウ 静電気放電によって,半導体素子が破壊されてしまう現象
エ 電流が過度に流れることによって,配線が切断されてしまう現象

■H21秋FE
問23 SoC (System on a Chip)の説明として,適切なものはどれか。
ア CPU.チップセット,ビデオチップ,メモリなどコンピュータを構成するための電子回路基板
イ CPU,メモリ,周辺装置などの間で発生するデータの受渡しを管理する一連の回路群を搭載した半導体チップ
ウ 必要とされるすべての機能(システム)を同一プロセスで集積した半導体チップ
エ プロセスが異なる機能は,個別に最適化されたプロセスで製造し,パッケージ上でそれぞれのチップを適切に配線した半導体チップ

正解:ウ

■H21春AP午前
問22 SoC (System on a Chip)の説明はどれか。
ア システムLSIと同義語で使われており, CPUは別チップになっている。
イ システムLSIに内蔵したソフトウェアのことである。
ウ従来はボード上で実現していたシステムを,一つのチップ上で実現したLSIのことである。
エ複数のLSIを単一のパッケージに封入してシステム化したLSIのことである。

正解:ウ

■H28春
問24 SoCの説明として,適切なものはどれか。
ア CPU,チップセットビデオチップ,メモリなどコンピュータを構成するデバイスを実装した電子回路基板
イ CPU,メモリ,周辺装置などの間で発生するデータの受渡しを管理する一連の回路群を搭載した半導体チップ
ウ 各機能を個別に最適化されたプロセスで製造し,パッケージ内でそれぞれのチップを適切に配線した半導体チップ
エ 必要とされる全ての機能(システム)を集積した1個の半導体チップ

【正解】エ

■H27春
問20 SoCの説明として,適切なものはどれか。
ア システムLSIに内蔵されたソフトウェア
イ 複数のMCUを搭載したボード
ウ 複数のチップで構成していたコンピュータシステムを,一つのチップで実現したLSI
エ 複数のチップを単一のパッケージに封入してシステム化したデバイス

【正解】ウ

ウォッチドッグタイマは、装置に組み込まれた異常を監視する機能です。あらかじめ設定された一定時間内にウォッチドッグタイマのタイマがクリアされなかった場合,システム異常とみなしてシステムに通知する。
システム異常が無ければ、タイマをクリアする処理が実行されるだろうという理屈です。
Watchdog(番犬)という言葉から、監視する機能というのが想像がついたかもしれません。

■H16春ES午前
問11 ウォッチドッグタイマの説明として,適切なものはどれか。
ア 1本の伝送路で,信号の伝送方向を一定時間ごとに切り替える伝送方式である。
イ 指定された時間が経過しても,決められたイベントが発生しないときにプログラムでエラー扱いとするRAS機能の一つである。
ウ 指定された時間が経過すると,割込み機能を使ってプログラムに通知する監視機能である。
工 複数のデータをそれぞれ一定時間ごとに切り替えて伝送することによって, 1本の回線で複数チャネルの通信を行う装置である。

【正解】ウ

■H20春ES午前
問7 1秒のウォッチドッグタイマの説明として,適切なものはどれか。
ア 1秒ごとにノンマスカブル割込みを発生させて,プログラムが正常に働いているかどうかを検査する。
イ 1秒ごとにマスカブル割込みを発生させるようにしておき,通常の処理ルーチンは1秒が経過する前に割込みをマスクする。
ウ 1秒のソフトウェアタイマを作り,通常の処理ルーチンはタイムアップする前に割込みを発生させてソフトウェアタイマをリセットする。
エ 1秒のハードウェアタイマでCPUのリセット信号を発生させるようにしておき,1秒が経過する前にプログラムでハードウェアタイマをリセットする。

【正解】エ

■H27秋SA午前Ⅱ
問18 SVC (Supervisor Call)割込みが発生する要因として,適切なものはどれか。
ア OSがシステム異常を検出した。
イ ウォッチドッグタイマが最大カウントに達した。
ウ システム監視LSIが割込み要求を出した。
エ ユーザプログラムがカーネルの機能を呼び出した。

■H25春  ※H26秋問22も同じ
問23 ウォッチドッグタイマの機能はどれか。
ア あらかじめ設定された一定時間内にタイマがクリアされなかった場合,システム異常とみなしてシステムに通知する。
イ システム異常を検出した場合,タイマで設定された時間だけ待ってシステムに通知する。
ウ システム異常を検出した場合,マスカブル割込みでシステムに通知する。
エ システムが一定時間異常であった場合,上位の管理プログラムをコールする。
【正解】ア

■H29秋 ※上とほぼ同じ問題
問22 組込みシステムにおける,ウォッチドッグタイマの機能はどれか。
ア あらかじめ設定された一定時間内にタイマがクリアされなかった場合,システム異常とみなしてシステムをリセット又は終了する。
イ システム異常を検出した場合,タイマで設定された時間だけ待ってシステムに通知する。
ウ システム異常を検出した場合,マスカブル割込みでシステムに通知する。
エ システムが一定時間異常であった場合,上位の管理プログラムを呼び出す。
【正解】ア

過去問(H24春ESPM1問1)をみてみましょう。
〔加工機のシステム構成〕
加工機のシステム構成を図3に示す。

wdt
・加工制御部のWDTは,一定時間内にクリアされないと,非常停止制御部に信号を送信する。
・非常停止制御部は,非常停止ボタンが押されるか,又はWDTからの信号を受信すると,非常停止信号を出力し,加工制御部及び加工部を停止させる。
上記のように、非常停止制御部につながっていますね。

NASの解説は以下
http://nw.seeeko.com/archives/50570385.html

■H24秋AP午前
問13 NAS (Network Attached Storage)の特徴と,特徴を生かした適用業務について述べたものはどれか。
ア 各種OSからファイルを共有することができるので,データを交換する業務に適している。
イ データの読み書きを高速に行うことができるようになるので,負荷が高い業務に適している。
ウ データベースのデータを扱うことが容易なので,簡易言語で隋報検索を行う業務に適している。
エ ファイルの改ざんを監視することが容易なので,個人情報を管理する業務に適している。

■H26秋
問12 NASを利用することによって,達成できることはどれか。
ア サーバごとに専用の磁気ディスクを搭載して個別管理するよりも,ファイルサーバのようにシステム全体で磁気ディスク群を効率的に利用することができる。
イ 磁気ディスクに障害が発生しても,自動的に予備の磁気ディスクを起動して,パリティ情報からデータを復元し,処理を継続することができる。
ウ 磁気ディスクのファイル領域の断片化を解消し,ヘッドの移動量の増大から起こる読み書き速度の低下や故障の誘発を防止することができる。
エ データベースにアクセスするのに,SQLを使わず,表計算ソフトを操作する感覚でアクセスすることができる。
【正解】ア

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