基本情報技術者 ③ コンピュータ構成(CPU・記憶・システム・HW)

ハードウェアとシステム構成を学ぶ分野です。CPUの命令実行手順(フェッチ)やクロック周波数・MIPS、割込み、キャッシュメモリ(ヒット率・ライトスルー)といった性能に関わる計算問題が頻出です。DRAM・SRAM・SSDなど記憶装置の特性、RAID、稼働率(MTBF・MTTR)、デュアル/デュプレックスシステム、フォールトトレラントやフールプルーフといった信頼性設計まで、暗記と計算が混在する得点源の分野です。

この分野の問題32問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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第66問CPUが命令を処理する手順において、主記憶装置から命令を取り出して命令レジスタに格納することを何と呼ぶか。

  1. A解読
  2. Bフェッチ
  3. C実行
  4. D格納
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正解:B.フェッチ

主記憶装置から命令レジスタに命令を読み込む処理をフェッチと呼ぶ。

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第67問CPUの性能評価指標のうち、1秒間に何百万個の命令を実行できるかを表す単位はどれか。

  1. AHz
  2. Bbps
  3. CCPI
  4. DMIPS
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正解:D.MIPS

MIPSは1秒間に実行できる命令数を百万単位で表す指標である。

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第68問プログラムカウンター(プログラムレジスタ)の役割として適切なものはどれか。

  1. A実行すべき命令そのものを格納する
  2. B演算結果を一時的に保存する
  3. C次に実行する命令のアドレスを格納する
  4. D入出力データの転送を制御する
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正解:C.次に実行する命令のアドレスを格納する

プログラムカウンターは次に実行する命令のアドレスを保持するレジスタである。

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第69問マルチコアプロセッサの説明として適切なものはどれか。

  1. A主記憶装置の容量を仮想的に拡張する
  2. BCPUのクロック周波数を動的に変更する
  3. C1つのCPU内に複数の演算装置を持つ
  4. D周辺機器との通信速度を高速化する
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正解:C.1つのCPU内に複数の演算装置を持つ

1つのCPUチップ内に複数の演算を行う装置(コア)を搭載したものをマルチコアプロセッサと呼ぶ。

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第70問CPUのクロック周波数が4GHzであるとき、1クロックの時間は何ナノ秒か。

  1. A25
  2. B2.5
  3. C4
  4. D0.25
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正解:D.0.25

1秒(10億ナノ秒)を40億ヘルツで割ると0.25ナノ秒となる。

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第71問あるCPUは1命令の実行に平均2クロック必要である。クロック周波数が2.5GHzの場合、1秒間に最大何億命令を実行できるか。

  1. A1.25
  2. B12.5
  3. C5
  4. D2.5
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正解:B.12.5

2.5GHzは25億クロックであり、これを2で割ると12.5億命令となる。

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第72問主記憶装置上のアドレスに有効アドレスが格納されている方式を何と呼ぶか。

  1. A間接アドレス指定
  2. B直接アドレス指定
  3. C相対アドレス指定
  4. D即値アドレス指定
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正解:A.間接アドレス指定

アドレス部の値が指す先に有効アドレスがある方式が間接アドレス指定である。

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第73問CPUが現在実行中のプログラムを中断して、別のプログラムを先に処理する機能を何と呼ぶか。

  1. Aパイプライン
  2. Bマルチタスク
  3. C割込み
  4. D仮想記憶
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正解:C.割込み

割込みとは実行中の処理を一時停止し、別の処理に切り替える機能である。

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第74問内部割込みに該当するものはどれか。

  1. Aタイマ割込み
  2. B入出力割込み
  3. C機械チェック割込み
  4. Dプログラム例外による割込み
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正解:D.プログラム例外による割込み

プログラムの実行中に発生するゼロ除算やアドレス例外は内部割込みに分類される。

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第75問キャッシュメモリの説明として適切なものはどれか。

  1. Aデータを磁気ディスクに保存するための補助的な記憶装置
  2. BCPUと主記憶装置の処理速度差を埋めるための高速記憶装置
  3. C電源を切ってもデータが消えない記憶装置
  4. Dキーボードからの入力を一時的に保持する記憶装置
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正解:B.CPUと主記憶装置の処理速度差を埋めるための高速記憶装置

キャッシュメモリはCPUと主記憶装置の間に配置され、処理速度差を緩和する。

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第76問キャッシュメモリのライトスルー方式の説明として適切なものはどれか。

  1. Aキャッシュメモリだけに書き込み、追い出し時に主記憶へ書き戻す
  2. Bキャッシュメモリと主記憶装置の両方にデータを書き込む
  3. C書き込み時にキャッシュメモリのデータを無効化する
  4. D主記憶装置への書き込みを一切行わずキャッシュのみ利用する
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正解:B.キャッシュメモリと主記憶装置の両方にデータを書き込む

ライトスルー方式はキャッシュと主記憶の両方に同時にデータを書き込む。

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第77問ヒット率が0.9、キャッシュメモリのアクセス時間が10ナノ秒、主記憶装置のアクセス時間が100ナノ秒の場合、実効アクセス時間は何ナノ秒か。なお、キャッシュミス時は主記憶のアクセス時間だけがかかるものとする。

  1. A10
  2. B91
  3. C55
  4. D19
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正解:D.19

10×0.9+100×0.1=9+10=19となる。

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第78問メモリインタリーブの目的として適切なものはどれか。

  1. A記憶容量の拡大
  2. B消費電力の低減
  3. Cセキュリティの強化
  4. Dアクセス速度の高速化
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正解:D.アクセス速度の高速化

メモリインタリーブは主記憶を複数のバンクに分割し並列アクセスすることで速度を向上させる。

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第79問補助記憶装置のうち、半導体メモリを使用したものはどれか。

  1. AHDD
  2. BDVD
  3. C磁気テープ
  4. DSSD
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正解:D.SSD

SSDは半導体メモリを用いた補助記憶装置である。

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第80問記憶装置のうち、コンピュータの電源を切るとデータが消滅するのはどれか。

  1. ASSD
  2. BUSBメモリ
  3. C主記憶装置
  4. DHDD
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正解:C.主記憶装置

主記憶装置(メインメモリ)は揮発性であり、電源を切るとデータが消える。

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第81問「必要な時にいつでもサービスが利用できるか」という信頼性指標はどれか。

  1. A完全性
  2. B機密性
  3. C可用性
  4. D保守性
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正解:C.可用性

可用性は必要な時にサービスが利用可能である状態を指す。

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第82問あるシステムのMTBFが900時間、MTTRが100時間であるとき、稼働率はいくらか。

  1. A0.1
  2. B0.9
  3. C0.8
  4. D0.99
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正解:B.0.9

900÷(900+100)=900÷1000=0.9となる。

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第83問稼働率を向上させるための手段として「故障したとき修理しやすいこと」を何と呼ぶか。

  1. A保守性
  2. B信頼性
  3. C完全性
  4. D安全性
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正解:A.保守性

保守性はシステムが復旧しやすい度合いである。

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第84問システム全体を止めることなく、一部が故障しても動作を継続する設計を何と呼ぶか。

  1. Aフェールセーフ
  2. Bフォールトトレラント
  3. Cフールプルーフ
  4. Dライトスルー
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正解:B.フォールトトレラント

フォールトトレラントは、障害が発生しても機能を維持する耐性を持つ設計である。

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第85問利用者が誤った操作をしてもシステムに異常が起こらないようにする設計を何と呼ぶか。

  1. Aフェールソフト
  2. Bフェールセーフ
  3. Cフールプルーフ
  4. Dライトバック
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正解:C.フールプルーフ

フールプルーフは利用者の誤操作を想定した設計である。

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第86問RAIDにおいて、データを複数のハードディスクに分散させて書き込むストライピングの方式はどれか。

  1. ARAID 0
  2. BRAID 1
  3. CRAID 5
  4. DRAID 6
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正解:A.RAID 0

RAID 0はストライピングと呼ばれ、分散書き込みを行う。

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第87問RAIDにおいて、複数のハードディスクに同じデータを書き込むミラーリングの方式はどれか。

  1. ARAID 0
  2. BRAID 5
  3. CRAID 4
  4. DRAID 1
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正解:D.RAID 1

RAID 1はミラーリングと呼ばれ、信頼性を高める。

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第88問メインで動作する現用系と、待機系の2つのコンピュータからなるシステム構成を何と呼ぶか。

  1. Aシンプレックスシステム
  2. Bデュプレックスシステム
  3. Cデュアルシステム
  4. Dマルチプロセッサシステム
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正解:B.デュプレックスシステム

デュプレックスシステムは現用系と待機系の2つで構成される。

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第89問2つのコンピュータが同じ処理を行い、結果を照合して正しいことを確認するシステム構成はどれか。

  1. Aデュアルシステム
  2. Bデュプレックスシステム
  3. Cシンプレックスシステム
  4. DWebシステム
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正解:A.デュアルシステム

デュアルシステムは2つが同じ処理を行い結果を照合する。

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第90問待機系のコンピュータに常に電源を入れ、現用系と同じデータやプログラムを保持しておく動作状態を何と呼ぶか。

  1. Aホットスタンバイ
  2. Bコールドスタンバイ
  3. Cスケールアウト
  4. Dスケールアップ
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正解:A.ホットスタンバイ

常に電源が入っている待機状態をホットスタンバイと呼ぶ。

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第91問システムの性能指標のうち、入力から出力が完了するまでの全工程にかかる時間を何と呼ぶか。

  1. Aターンアラウンドタイム
  2. Bスループット
  3. Cレスポンスタイム
  4. Dクロック周波数
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正解:A.ターンアラウンドタイム

入力から出力完了までの合計時間はターンアラウンドタイムである。

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第92問サーバの台数を増やすことで処理能力を向上させる手法を何と呼ぶか。

  1. Aスケールアップ
  2. Bスケールアウト
  3. Cライトスルー
  4. Dライトバック
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正解:B.スケールアウト

台数を増やすことがスケールアウトである。

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第93問DRAMの特徴として適切なものはどれか。

  1. Aリフレッシュが不要である
  2. Bフリップフロップ回路で構成される
  3. Cリフレッシュが必要である
  4. DSRAMよりも高価である
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正解:C.リフレッシュが必要である

DRAMはコンデンサを使用するため、データ保持のために定期的なリフレッシュが必要である。

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第94問SRAMの説明として適切なものはどれか。

  1. Aコンデンサを利用する
  2. BDRAMよりも低コストである
  3. Cリフレッシュが不要で高速である
  4. D主記憶装置のメインメモリとして用いられる
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正解:C.リフレッシュが不要で高速である

SRAMはフリップフロップ回路を使用するためリフレッシュが不要で高速である。

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第95問フラッシュメモリの説明として適切なものはどれか。

  1. Aブロック単位で電気的にデータを消去できる
  2. B紫外線でデータを一括消去する
  3. C機械式のディスクを回転させてデータを読み出す
  4. Dリフレッシュが必要な揮発性メモリである
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正解:A.ブロック単位で電気的にデータを消去できる

フラッシュメモリは電気的にデータを消去可能な不揮発性メモリであり、ブロック単位で操作する。

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第96問機械式スイッチのオン/オフ時に、意図しない信号が繰り返される現象を何と呼ぶか。

  1. Aバッファリング
  2. Bサンプリング
  3. Cポーリング
  4. Dチャタリング
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正解:D.チャタリング

チャタリングはスイッチ切り替え時の不要な信号の繰り返しである。

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第97問デュアルシステムにおいて、2つの処理結果が一致しないと判定された場合の動作として最も適切なものはどれか。

  1. A異常とみなして処理を中断し縮退運転などに移行する
  2. B両方の結果をそのまま出力し続ける
  3. C速い方の結果を採用してそのまま継続する
  4. D結果の不一致を無視して処理を続行する
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正解:A.異常とみなして処理を中断し縮退運転などに移行する

デュアルシステムは結果を照合して正しさを確認する構成であるため、不一致時はそのまま続行せず異常として対処する。

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