応用情報処理技術者試験の対策サイトです。 応用情報処理技術者試験の午前問題を中心とした基礎用語の解説を中心に掲載します。書き始めたばかりなので、内容はまだまだ不十分です。
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3.コンピュータ > 3.8 ハードウェア

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。
ウ 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。
ア 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
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。

■H29秋
問23 入力G =0のときはX = A ,Y =Bを出力し,G =1のときはX = A,Y = Bを出力する回路はどれか。
H29a-問2
【正解】ウ

■H29春
問23 図の回路が実現する論理式はどれか。ここで,論理式中の“・”は論理積,“+”は論理和を表す。
H29h-問23
ア F = A
イ F = B
ウ F = A・B
エ F = A+B
【正解】イ

■H27秋
問22 図の論理回路の動作の説明として,適切なものはどれか。
H27a-問22JPG
ア A=0,B=0のとき,C及びDは前の状態を保持する。
イ A=0,B =1のとき,Bの値を反映してD=1になる。
ウ A=1,B =0のとき,C =1,  D =0になる。
エ A=1,B =1のとき,c及びDは前の状態を保持する。
【正解】エ

(H26春AP問23と同じ)
問23 ワンチップマイコンにおける内部クロック発生器のブロック図を示す。15 MHzの発振器と,内部のPLL1,PLL2及び分周器の組合せでCPUに240 MHz,シリアル通信(SIO)に115 kHz のクロック信号を供給する場合の分周器の値は幾らか。ここでシリアル通信のクロック精度は±5%以内に収まればよいものとする。
H27a-問23JPG
ア 1/24
イ 1/26
ウ 1/28
エ 1/210
【正解】エ

■H27春
問22 真理値表に示す3入力多数決回路はどれか。
H27h-問22
【正解】ア

■H26秋
問20 図の論理回路において,5=1,R=1,X=0,Y=1のとき,Sを一旦0にした後,再び1に戻した。この操作を行った後のX,Yの値はどれか。
H26a-問20
ア X=0,Y=0     イ X=0,Y=1     ウ X=1,Y=0     エ X=1,Y=1
【正解】ウ
                   
問21 図の回路を用いてアドレスバスからCS信号を作る。CS信号がLのときのアドレス範囲はどれか。ここで,アドレスバスはA0〜A15の16本で,A0がLSBとする。また,解答群の数値は16進数である。
H26a-問21
ア 3B00〜3BFF     イ 8300〜9BFF
ウ A400〜A4FF     エ C400〜C4FF
【正解】エ

■H26春
問20 NAND素子を用いた次の組合せ回路の出力Zを表す式はどれか。ここで,論理中の“・”は論理積,“+”は論理和,“X”はX←の否定を表す。

ア X・Y     イ X+Y     ウ X・Y     エ X+Y
【正解】イ


■H25秋
問24 図の回路において出力がx = 0,y = 1である状態から,x = 1,y = 0に変える入力a及びbの組合せはどれか。
H25a-問24
ア a = 0,b = 0
イ a = 0,b = 1
ウ a = 1,b = 0
エ a = 1,b = 1
【正解】イ

■H25春
問24 図に示す構造の論理回路は,どの回路か。
H25h-問24
ア 減算   イ 乗算     ウ 全加算     エ 半加算
【正解】エ

■H29秋
(H27秋AP問21、H26春AP問21と同じ)
問21 モータの速度制御などにPWM(Pulse Width Modulation)制御が用いられる。PWMの駆動波形を示したものはどれか。ここで,波形は制御回路のポート出力であリ,低域通過フィルタを通していないものとする。
H29a-問21
【正解】イ

■H29春
問9 プロセッサの省電力技術の一つ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 仕事量に応じて,プロセッサへ供給する電源電圧やクロック周波数を変える。
イ 動作していない回路ブロックへのクロック供給を停止する。
ウ 動作していない回路ブロックへの電源供給を遮断する。
エ マルチコアプロセッサにおいて,使用しないコアの消費電力枠を,動作しているコアに割り当てる。
【正解】ウ

問20 エネルギーハーベスティングの適用例として,適切なものはどれか。
ア AC電源で充電したバッテリで駆動される携帯電話機
イ インバータ制御を用いるエアーコンディショナの室外機
ウ スイッチを押す力を電力に変換して作動するRFリモコン
エ 無停電電源装置を備えたデータサーバ
【正解】ウ

(H27春AP問21と同じ)
問21 16進数ABCD1234をリトルエンディアンで4バイトのメモリに配置したものはどれか。ここで,0〜+3はバイトアドレスのオフセット値である。
H29h-問21
【正解】イ

問22 16ビットのダウンカウンタを用い,カウンタの値が0になると割込みを発生するハードウェアタイマがある。カウンタに初期値として10進数の150をセットしてタイマをスタートすると,最初の割込みが発生するまでの時間は何マイクロ秒か。ここで,タイマの入力クロックは16 MHzを32分周したものとする。
ア 0.3     イ 2     ウ 150     エ 300
【正解】エ

■H28春
問23 アクチュエータの説明として,適切なものはどれか。
ア アナログ電気信号を,コンピュータが処理可能なディジタル信号に変える。
イ キーボード,タッチパネルなど,コンピュータに情報を入力するデバイスである。
ウ コンピュータが出力した電気信号を力学的な運動に変える。
エ 物理量を検出して,電気信号に変える。
【正解】ウ

■H27秋
問20 ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)の特徴として,適切なものはどれか。
ア シリアル入出力ポートに誤り訂正機能を内蔵しているので,通信制御に適している。
イ 積和演算などの機能を内蔵しているので,ディジタルフィルタを実現するのに適している。
ウ 多チャンネルのA/D変換器と大容量の記憶メモリを内蔵しているので,温度を測定し,記録するのに適している。
エ ベクトル演算機能を内蔵しているので,多数のパラメタを同時に扱う科学技術計算などの大規模な数値計算に適している。

【正解】イ

■H26秋
問19 8ビット D/A変換器を使って負でない電圧を発生させる。使用するD/A変換器は,最下位の1ビットの変化で出力が10ミリV変化する。データに0を与えたときの出力は0ミリVである。データに16進数で82を与えたときの出力は何ミリVか。
ア 820     イ 1,024     ウ 1,300     エ 1,312
【正解】ウ


■H26春
問22 クロックの立上りエッジでデータを最下位ピットから取り込んで上位方向ヘシフトし,ストローブの立上りエッジで値を確定する8ビットのシリアル入力パラレル出力シフトレジスタがある。各信号の波形を観測した結果が図のとおりであるとき,シフトレジスタの値はどれか。ここで,数値は16進数で表記している。
H26h-問22
ア 63     イ 8D     ウ B1     エ C6
【正解】イ

■H25春
問22 RFIDのパッシブ方式RFタグの説明として,適切なものはどれか。
ア アンテナから電力が供給される。
イ 可視光でデータ通信する。
ウ 静電容量の変化を捉えて位置を検出する。
エ 赤外線でデータ通信する。
【正解】ア

論理回路の図は、過去問の冒頭に記載されています。
たとえば、以下のp2
https://www.jitec.ipa.go.jp/1_04hanni_sukiru/mondai_kaitou_2008h20_1/2008h20h_es_am_qs.pdf

as


上から5つくらいは、事前に見ておくといいかもしれません。
応用情報技術者試験を勉強する成子
 

欄外にあるように、○は「反転または否定」なんですね。
覚えやすい。


はい。
ただ、覚えなくても、問題は解けるように配慮されています。

また、この中で、NAND回路は、この回路を組み合わせることで、他のAND、OR,NOT、XORを簡単に表現ができるという特徴があります。

以下にも一部書いておりますが、上記の真理値表を整理します。
http://sm.seeeko.com/archives/65908925.html
真理値表

問23 次の条件を満足する論理回路はどれか。

〔条件〕
階段の上下にあるスイッチA又はBで,一つの照明を点灯・消灯する。すなわち,一方のスイッチの状態にかかわらず,他方のスイッチで照明を点灯・消灯できる。
28-問23
ア AND  イ NAND  ウ NOR  エ XOR
正解は、エです。

片方のスイッチ(たとえばA)が仮に0だとしても1だとしても、もう一方のスイッチ(たとえばB)を切り替えることで、出力が変わればいいことになります。

例(Aが0の場合)
A B 出力  
0 0 0 
0 1 1
※出力の01は上下逆でも可

例(Aが1の場合)
A B 出力  
1 0 0 
1 1 1
※出力の01は上下逆でも可

これを真理値表にすると、以下になります。
A B 出力
0 0 0 
0 1 1 ※出力の01は上下逆でも可
1 0 0 
1 1 1 ※出力の01は上下逆でも可

解答選択肢の中で、真理値表がこれになるのは、XORです。
以下も参照してください。
http://sm.seeeko.com/archives/65910666.html

応用情報技術者試験のシラバスでは、ハードウェアに関して、次の記載があります。

ハードウェア
(1)電気・電子回路
コンピュータの基本的な論理回路であるAND 回路,OR 回路,NOT 回路などの動作原理,論理回路は,組合せ論理回路と順序論理回路に分類できること,回路ごとの特徴を理解する。

用語例 NAND 回路,XOR 回路,フリップフロップ

(2)機械・制御
代表的な機械電子制御の実現方法について,その構造や動作原理,各部の働きを理解する。

用語例 オープンループ制御,クローズドループ制御,シーケンス制御,フィードバック制御,PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御

(3)構成部品及び要素と実装
半導体素子
代表的な半導体素子の動作原理,構造,特性,実装を理解する。

用語例 ダイオード, LED , トランジスタ, IC , LSI , VLSI ( Very Large Scale Integration),CMOS,バイポーラ,BiCMOS(Bipolar Complementary MOS),バイポーラメモリ

カスタムIC
利用者が要求する回路をIC として実現できることを理解する。

用語例 ASIC(Application Specific IC),FPGA(Field Programmable Gate Array),
HDL(Hardware Description Language:ハードウェア記述言語)

システムLSI
組込み分野などで利用され,複数の半導体を組み合わせることによって占有面積を縮小し,システムを小型化し,高速化,低コスト化などのメリットがあることを理解する。

用語例 コデザイン,SoC(System on a Chip)

組込みシステムの構成部品
組込みシステムを構成する部品の役割,部品間の関係を理解する。

用語例 プロセッサ,DSP(Digital Signal Processor),センサ,アクチュエータ,メモリ,ASIC,D/A コンバータ,A/D コンバータ,MEMS,診断プログラム

(4)論理設計
性能,設計効率,コストなどを考慮して,どの構成が最適であるのかを検討し,設計することを理解する。
用語例 回路設計,タイミング設計,同期式設計,非同期式設計,加法標準形,論理圧縮

(5)消費電力
ハードウェアの消費電力について,組込み機器の開発における消費電力の重要性,関連する技術,動向を理解する。

用語例 低消費電力化,リーク電流,パワーゲーティング,クロックゲーティング

半加算器と全加算器に関しては、基本情報技術者の試験範囲であり、応用情報技術者試験では出ません。(少なくともこれまでは)。
なので、学習する必要はありませんが、真理値表や論理回路を理解するのにとてもいい勉強になります。
応用情報技術者試験を勉強する成子

そもそも、半加算器と全加算器って何ですか?




どちらも、1ビット同士の加算を行う装置です。たとえば、0+1=1という計算をするものです。全加算器になると、下からの繰り上がりを考慮した計算ができます。

過去問(H21秋FE午後問1)を解くと、理解が深まります。
問1 半加算器と全加算器に関する次の記述を読んで,設問1~3に答えよ。
 (1)1ビット同士を加算する半加算器の真理値表を,表1に示す。
2009h21a_fe_pm_qs_4


 (2)下位からのけた上がりCinを考慮して1ビット同士を加算する全加算器の真理値表を,表2に示す。
2009h21a_fe_pm_qs_5


2009h21a_fe_pm_qs_6


設問1 半加算器を実現する論理回路を,図1に示す。図1中の[    ]に入れる正しい答えを,解答群の中から選べ。ただし,ANDは論理積,ORは論理和,XORは排他的論理和,NANDは否定論理積,NORは否定論理和を表す。
2009h21a_fe_pm_qs_7
解答群
ア AND   イ NAND     ウ NOR  エ OR  オ XOR
正解は、オです。
表1の真理値表をみればすぐに分かります。XとYの値に対して、Zはどうなっているでしょうか。XORですよね。
参考までに、Cも見ておきましょう。XとYの値に対して、CはAND(論理積)になっています。

設問2 全加算器を実現する論理回路について,次の記述中の[    ]に入れる正しい答えを,解答群の中から選べ。

 全加算器は,図2に示すように半加算器を2段に接続して実現する。半加算器1はXとYを加算し,半加算器2は半加算器1の結果とCinを加算する。このとき,半加算器1のけた上がりをC1半加算器2のけた上がりをC2とする。X,Y,Cinと,C1,C2との関係は表3のとおりになる。
2009h21a_fe_pm_qs_8

2009h21a_fe_pm_qs_9

bに関連する解答群
ア AND
イ NAND
ウ NOR
エ OR


2009h21a_fe_pm_qs_10
正解は、
b エ
c ウです。


設問3 A,B及びSを2の補数表現による4ピットの符号付2進整数とし,それぞれのビット表現をA4A3A2A1,B4B3B2B1及びS4S3S2S1で表す(符号ピットはA4,B4及びS4)。
 図3は,AとBの加算を行い,結果をSに求める加算器であり,半加算器と全加算器で実現されている。ここで,C1~C4は半加算器及び全加算器からのけた上がりを表す。
 この加算器に,Aとして-1を,Bとして-2(いずれも10進表記)を与えたとき,図3のC1~C4の値として正しい組合せを,解答群の中から選べ。
2009h21a_fe_pm_qs_11
正解は、エです。


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