【確認問題集:ハードウェア編】〜IT未経験者の第二関門〜

【確認問題集:ハードウェア編】〜IT未経験者の第二関門〜
ハテオ君

ハードウェアについてある程度理解できたからアウトプットしたいな!

そんな方は今回へ向けてアウトプット素材をご準備しました。

本日の問題テーマ

【確認問題集】IT未経験者の第二関門〜ハードウェア編〜

本日の対象者

  • IT未経験からIT業界へ挑戦しようとしている方
  • ハードウェアの基礎知識を持っている自信のある方
  • アウトプットとして問題集を活用したい方
  • IT資格を取得しようとしている方

今回の確認問題は以下ステップの順番で問題を作成しています。

今回の確認問題

  • コンピュータの単位
  • CPU(内部)
  • CPU(機能)
  • 記憶装置
  • 磁気ディスク
  • 入力装置・出力装置
  • 入出力インタフェース

また各問題の箇所に回答解説と詳細記事を貼っていますので是非活用してください。

それでは早速挑戦していきましょう!

黄島 成

確認問題①:コンピュータの単位

確認問題

ハードウェア確認問題①

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

データ量の大小関係のうち、正しいものはどれか。

:1kバイト<1Mバイト<1Gバイト<1Tバイト
正解○
:1kバイト<1Mバイト<1Tバイト<1Gバイト
不正解×
:1kバイト<1Tバイト<1Mバイト<1Gバイト
不正解×
:1Tバイト<1kバイト<1Mバイト<1Gバイト
不正解×

【解説】

補助単位は、k<M<G<Tの順番で1000倍ずつ大きくなります

  • 1kバイトの1000倍(1000kバイト)が1Mバイト
  • 1Mバイトの1000倍(1000Mバイト)が1Gバイト
  • 1Gバイトの1000倍(1000Gバイト)が1Tバイト

という流れで単位が大きくなります。つまり答えは「」となる。

②解説

【問題②】

英字の大文字(A~Z)と数字(0~9)を同一のビット数で一意にコード化するには、少なくとも何ビットが必要か。

:5
不正解× 32種類「足りない」
:6
正解◯ 64種類「これで足りる」
:7
不正解× 128種類「6ビットで十分」
:8
不正解× 256種類「多すぎ」

【解説】

ビット毎に表せる種類

  • 1ビット=2種類(0,1)
  • 2ビット=4種類,,
  • 3ビット=8種類,,
  • 4ビット=16種類,,
  • 5ビット=32種類,,
  • 6ビット=64種類,,

ビットで表せる種類はビット数が増えるにつれ2倍をしていくと簡単に何種類を表すことが可能かがわかります。

上記内容を踏まえた上で問題を見ていきましょう。

問題内容;英字の大文字(A~Z)と数字(0~9)を同一のビット数で一意にコード化するには、少なくとも何ビットが必要か。
※英字の大文字26種類と数字10種類の合計36種類をビット列に割り当てる必要があります。

つまり答え64種類の「」となる。

③解説

【問題③】

64kビット/秒の回線を用いて10⁶バイトのファイルを送信するとき、伝送におよそ何秒かかるか求めなさい。ここで、回線の伝送効率は80%とする。

ア:19.6 不正解×
イ:100 不正解×
ウ:125 不正解×
エ:156 正解○

【解説】

問題内容:64kビット/秒の回線を用いて10⁶バイトのファイルを送信するとき、伝送におよそ何秒かかるか求めなさい。ここで、回線の伝送効率は80%とする。

まずは、単位がビットとバイトになっているため、回線速度の64kビットをビットへ変換しバイトで表します。

回線速度:64kビット = 64,000ビット = 8,000バイト

次にデータ容量の10⁶を乗数を省いてバイトに変換します。

データ容量:10⁶バイト = 1,000,000バイト

最後に、回線の伝送効率の80%を掛けてデータ転送にかかった秒数を出します。

計算式

データ容量:10⁶バイト = 1,000,

データ容量÷(回線速度×0.8)=データ伝送にかかった秒数

1,000,000バイト÷(8,000バイト×0.8)= A,156.25秒

つまり答えは「」となる。

コンピュータで扱う単位のおさらいがしたい方は【コンピュータで扱う単位】情報量、時間、通信速度の単位~接頭辞の基礎をご覧ください。

確認問題②:CPU(内部)

確認問題

ハードウェア確認問題②

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

問題①

コンピュータは「入力・記憶・演算・制御・出力」の五つの機能を実現する各装置から 構成される。命令はどの装置から取り出され、どの装置で解釈されるか。

 取り出し解釈
 ×演算制御
 記憶制御
 × 制御演算
 × 入力演算

【解説】

コンピュータは、「入力・記憶・演算・制御・出力」の五つの装置で構成されている。

各装置の役割

装置 役割
制御装置記憶装置からプログラムの命令を取り出して解読し、それぞれの装置に指示を与える 
演算装置 四則演算や比較判断などデータの処理や加工を行う
記憶装置主記憶装置でデータやプログラムを記憶する
入力装置コンピュータの外部からプログラムやデータを読み込む
出力装置コンピュータの内部で処理されたデータを外部へ書き出す

この問題では命令はどの装置から取り出されどの装置で解釈されるかを問われています。

上記内容を確認するとと分かると思いますが答えは「」となる。

②解説

【問題②】

主記憶に記憶されたプログラムを、CPUが順に読み出しながら実行する方式はどれか。

:DMA制御方式
不正解× 入出力装置がCPUを介さずにメモリとの間で直接データを転送する方式
:アドレス指定方式
不正解× 命令が処理対象とするデータの主記憶上の位置を指定する方式
:仮想記憶方式
不正解× 主記憶のサイズよりも大きなプログラムを実行可能にする方式
:プログラム格納方式
正解○

【解説】

現在主流のコンピュータは「ノイマン型コンピュータ」です。

特徴としては、プログラムをデータとして記憶装置に格納し、順番に読み込み実行する処理方法です。

ノイマン型コンピュータでは主に「プログラム格納方式」と「逐次制御方式」の処理方式が使われています。

  • プログラム格納方式=処理するデータなどをあらかじめ主記憶装置に記憶して、CPUが順番に取り出し1つ1つ処理行う
  • 逐次制御方式=CPUが主記憶装置から取り出したプログラムの命令やデータを順番に実行していく方式となります。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

PCのクロック周波数に関する記述のうち、適切なものはどれか。

:CPUのクロック周波数と、主記憶を接続するシステムバスのクロック周波数は同一でなくてもよい。
正解◯ CPUと主記憶の拡張などで使われるシステムバスクロックの周波数は一緒である必要はない。
:CPUのクロック周波数の逆数が、1秒間に実行できる命令数を表す。
不正解× 1命令は必ず1クロックではない。
:CPUのクロック周波数を2倍にすると、システム全体としての実行性能も2倍になる。
不正解× 他の装置やネットワークの機能にもよるので、クロック周波数だけでは2倍にならない。
:使用しているCPUの種類とクロック周波数が等しければ、2種類のPCのプログラム実行性能は同等になる。
不正解× ウと同様

【解説】

コンピュータ内部では電気の「ON/OFF」で情報を表しています。これを「クロック周波数」と呼ぶ。

クロック周波数は、1秒間で何回「ON/OFF」されたか表す数値「単位:Hz(ヘルツ)」でのプロセッサの性能指標として使われる。

コンピュータのメーカーや製品が一緒であれば、クロック周波数が高いほど処理速度が速いと言えます。

つまり答えは「」となる。

CPUの内部のおさらいがしたい方は【CPUの内部構成】中央処理装置の役割~内部機能の構成と役割まで解説!をご覧ください。

確認問題③:CPU(機能)

確認問題

ハードウェア確認問題③

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

パイプライン処理の特徴はどれか。

:複数の命令を同時実行するために、コンパイラが目的プログラムを生成する段階で、それぞれの命令がどの演算器を使うかをあらかじめ割り振る。
不正解× AMP型マルチプロセッサの説明
:命令が実行される段階で、どの演算器を使うかを動的に決めながら、複数の命令を 同時に実行する。
不正解× SMP型マルチプロセッサの説明
:命令の処理をプロセッサ内で複数のステージに細分化し、複数の命令を並列に実行する。
正解○
:命令を更に細かなマイクロ命令の組合せで実行する。
不正解× マイクロプログラムの説明

【解説】

パイプライン処理は、命令をステージに分解し、ずらしながら同時に実行する方式です。

パイプラインの特徴は、命令実行サイクルの各段階(ステージ)を並行して実行することによって、処理効率を向上されるといった特徴があります。

つまり答えは「」となる。

②解説

【問題②】

マルチコアプロセッサの特徴として適切なものはどれか。

:コアの個数をn倍にすると、プロセッサ全体の処理性能はn2倍になる。
不正解×
:消費電力を抑えながら、プロセッサ全体の処理性能を高められる。
正解○
:複数のコアが同時に動作しても、共有資源の競合は発生しない。
不正解×
:プロセッサのクロック周波数をシングルコアより高められる
不正解×

【解説】

マルチコアプロセッサとは、1つのCPU内に複数のコア(CPUの脳)を備えていることです。

具体的には、「マルチ」は複数を意味し「コア」はCPU内の脳を意味し「プロセッサ」はCPUのことを意味します。つまり、コアは複数あるCPUとゆうことになります。

特徴としては、従来のシングルコアに比べ、消費電力を抑えながら処理速度の高速化を図ることができます。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

問題RISCプロセッサの5段パイプラインの命令実行制御の順序はどれか。ここで、このパイプラインのステージは次の五つとする。
1 書込み
2 実行とアドレス生成
3 命令デコードとレジスタファイル読出し
4 命令フェッチ
5 メモリアクセス

:③,④,②,⑤,①
不正解×
:③,⑤,②,④,①
不正解×
:④,③,②,⑤,①
正解○
:④,⑤,③,②,①
不正解×

【解説】

命令の実行の流れ

  • プログラムカウンタを参照して、次に実行すべき命令が格納されている位置を知る。
  • 主記憶から命令レジスタに命令を読込む。(命令フェッチ)
  • その次に実行する命令の主記憶上のアドレスをプログラムカウンタに格納する。
  • 命令レジスタの命令を命令デコーダで解読(解釈)する。(命令デコード)
  • 演算で必要となる値(オペランド)を主記憶やレジスタから読込む。(オペランド読出し)
  • 命令を実行する。
  • 実行結果を主記憶やレジスタに書込む。

命令フェッチ→「取出し」、命令デコード→「解読」ということがわかれば、④命令取出し→③解読→②実行→①書込みという順序が容易に想像できますが、⑤メモリアクセスの位置については少し悩むかもしれません。

1命令のサイクルの中で主記憶へのアクセスが行われる可能性がある処理は「オペランド読出し」と「実行結果の書込み」の2ヶ所があります。

設問のパイプラインにおいて「命令デコード」と「レジスタファイル読出し」がひとまとまりになっていることに注目すると、読出し時には主記憶へのアクセスは発生せず、オペランドは常にレジスタファイルから読み出されることがわかります。

さらに「実行」の後に「アドレス生成」が行われることからも、⑤メモリアクセスは書込み目的である、と考えるのが妥当です。

したがってメモリアクセスを②実行~アドレス生成と①書込みの間に挿入した「④,③,②,⑤,①」が適切な順序です。

つまり答えは「」となる。

入出力インタフェースについて学びたい方は【CPUの命令実行】命令部とアドレス部の構成〜命令実行サイクルまで解説!をご覧ください。

確認問題④:記憶装置

確認問題

ハードウェア確認問題④

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

SRAMと比較した場合のDRAMの特徴はどれか。

:主にキャッシュメモリとして使用される。
不正解× 主記憶装置で使用される
: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。
不正解× リフレッシュ又はアクセス動作は必要
: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。
正解○
: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。
不正解× SRAMです

【解説】

SRAMの特徴

  • 安価で容量が大きい
  • キャッシュメモリで使われるメモリ
  • 読み込み速度は低速
  • 定期的にリフレッシュ動作(再書き込み)が必要

DRAMの特徴

  • 高価で容量が小さい
  • 主記憶装置に使われるメモリ
  • 読み込み速度は高速
  • 定期的なリフレッシュ動作(再書き込み)は必要なし

この両者を比較した場合の特徴は「」が適切。

②解説

【問題②】

キャッシュメモリに関する記述のうち、適切なものはどれか。

:キャッシュメモリにヒットしない場合に割込みが生じ、プログラムによって主記憶から キャッシュメモリにデータが転送される。
不正解× 目的のデータがキャッシュメモリにない場合、割り込みは発生しない。
:キャッシュメモリは、実記憶と仮想記憶とのメモリ容量の差を埋めるために採用される。
不正解× CPUと主記憶装置です。
:データ書込み命令を実行したときに、キャッシュメモリと主記憶の両方を書き換える方式と、キャッシュメモリだけを書き換えておき、主記憶の書換えはキャッシュメモリか ら当該データが追い出されるときに行う方式とがある。
正解○
:半導体メモリのアクセス速度の向上が著しいので、キャッシュメモリの必要性は減っ ている。
不正解× CPUとの速度差は処理装置の加速度的な高性能化により益々拡大しているため、キャッシュメモリの必要性は以前より高まっている

【解説】

キャッシュメモリとは、CPUと主記憶装置の間に配置する高速なメモリです。

具体的には、主記憶装置のアクセス速度はCPUの処理速度より遅いため、CPUに待ち時間が発生しています。

このCPUと主記憶装置のギャップを埋めて処理を早くするために活躍するのがキャッシュメモリです。

キャッシュメモリの方式は2つ

  • ライトスル―方式
  • キャッシュメモリと主記憶装置の両方を同時に書き換える方式
  • ライトパック
  • データをキャッシュメモリだけに書き換える方式

上記内容を踏まえて問題を見てみると「」が適切。

③解説

【問題③】

主記憶のアクセス時間60ナノ秒、キャッシュメモリのアクセス時間10ナノ秒のシステムがある。キャッシュメモリを介して主記憶にアクセスする場合の実効アクセス時間が15ナノ秒であるとき、キャッシュメモリのヒット率は幾らか

:0.1 不正解×
:0.17 不正解×
:0.83 不正解×
:0.9 正解○

【解説】

キャッシュメモリの実行アクセス時間を求める計算式

(キャッシュメモリのアクセス時間×ヒット率)+主記憶のアクセス時間×(1-ヒット率)

今回の問題では実行アクセス時間は分かっているので、ヒット率をNとし計算します。

(10×N)+(60×(1-N))=15
10N+60-60N=15
-50N=-45
N=0.9

上記の計算結果の答えは「0.9」 つまり答えは「」となる。

記憶装置についておさらいしたい方は【記憶装置の内部構成】RAMとROMの種類〜キャッシュメモリの基礎知識!をご覧ください。

確認問題⑤:磁気ディスク

確認問題

ハードウェア確認問題⑤

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①解説

【問題①】

500バイトのセクタ8個を1ブロックとして、ブロック単位でファイルの領域を割り当てて管理しているシステムがある。2,000バイト及び9,000バイトのファイルを保存するとき、これら二つのファイルに割り当てられるセクタ数の合計は幾らか。ここで、ディレクトリなどの管理情報が占めるセクタは考慮しないものとする。

:22 不正解×
:26 不正解×
:28 不正解×
:32 正解○

【解説】

500バイトのセクタを8個で1ブロックが重要。

つまり1ブロックが500バイトなので、500×8個=1ブロック(4000バイト)

極端にデータサイズの小さいなファイルでも、最低1ブロック(4000バイト)の領域を割り当てないといけません。

そのため、問題の2000バイトと9000バイトのファイルに必要なブロックは以下のようになります。

  • 2000バイトのファイルを格納=1ブロック(4000バイト)
  • 9000バイトのファイルを格納=3ブロック(12000バイト)

上記2つのファイルを格納するためには計4ブロックの領域が使われる。

4ブロック=セクタ8個が4つ=32セクタ

つまり答えは32セクタなので「」となる。

②解説

【問題②】

回転数が4,200回/分で、平均位置決め時間5ミリ秒の磁気ディスク装置がある。この磁気ディスク装置の平均待ち時間は約何ミリ秒か。ここで、平均待ち時間は平均位置決め時間と平均回転待ち時間の合計である。

:7  不正解×
:10  不正解×
:12  正解○
:14  不正解×

【解説】

平均位置決め時間は5ミリ秒とわかっているので、平均回転待ち時間を正しく計算することがこの問題を解く鍵となります。

平均回転待ち時間はディスクが1回転に要する時間の1/2です。

60,000ミリ秒÷4200回転÷2=7.1428…

したがってこの磁気ディスク装置の平均待ち時間は、平均位置決め時間は5ミリ秒と、平均回転待ち時間約7ミリ秒を足して約12ミリ秒となります。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

アプリケーションの変更をしていないにもかかわらず、サーバのデータベース応答性能が 悪化してきたので、表のような想定原因と特定するための調査項目を検討した。調査 項項目cとして、適切なものはどれか。

想定原因調査項目
同一マシンに他のシステムを依存させた事による不可の増加
・接続クライアント数の増加による通信料の増加
a
・非定型検索による膨大な処理時間をようするSQL文の発行b
・フラグメンテーションによるディスクI/Oの増加c
・データベースバッファの容量の不足d

:遅い処理の特定
不正解×
:外的要因の変化の確認
不正解×
:キャッシュメモリのヒット率の調査
不正解×
:データの格納状況の確認
正解○

【解説】

磁気ディスク装置において、ファイルの書込みや削除を繰り返すとまとまった空き領域がなくなってしまうため、1つのファイルがバラバラに分散して記録されるようになります。

さらに、バラバラに記録されていると、ディスクヘッドを通常より多く動かす必要があるため、非効率的なI/O操作が増加してレスポンスが低下する。

この状態を「フラグメンテーション(断片化)」と言います。

フラグメンテーションが発生しているか否かを判断するには、ツールなどを用いてディスクの格納状況を調査し、断片化率の確認を行います

つまり一番適切な答えは「」となる。

磁気ディスクの機能についておさらいしたい方は【磁気ディスクの内部機能】HDDの内部構造〜記録データの単位を解説!をご覧ください。

確認問題⑥:入力装置・出力装置

確認問題

ハードウェア確認問題⑥

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

ICタグ(RFID)の特徴はどれか。

:GPSを利用し、現在地の位置情報や属性情報を表示する。
不正解× GPSは利用していない
:専用の磁気読取り装置に挿入して使用する。
不正解× 非接触型で無線通信が可能
:大量の情報を扱うので、情報の記憶には外部記憶装置を使用する。
不正解× 内部に記憶されている。
:汚れに強、記録された情報を梱包の外から読むことができる。
正解○

【解説】

ICタグ(RFID)とは、小さな無線ICチップにより「モノ」「人物」を識別や管理することのできる装置です。

具体的には、小さな無線ICチップにアンテナを組み合わせた荷札で、電磁波を利用して情報を非接触で読み取ることのできるチップになります。

つまり答えは「」が適切。

②解説

【問題②】

自発光型で、発光ダイオードの一種に分類される表示装置はどれか。

:CRTディスプレイ
不正解× 電子線が蛍光物質に衝突すると光が放出されるディスプレイ
:液晶ディスプレイ
不正解× 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ディスプレイ
:プラズマディスプレイ
不正解× 放電によって発生する紫外線と蛍光体を利用するディスプレイ
:有機ELディスプレイ
正解○

【解説】

自発光型で、発光ダイオードの一種に分類される表示装置として挙げられるるのは「有機ELディスプレイ」です。

有機ELディスプレイの特徴

発光ダイオードの一種を挟んだ構造のディスプレイで、バックライト不要なので薄型で低電圧のため消費電力です。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

1文字が、縦48ドット、横32ドットで表される2値ビットマップのフォントがある。文字データ が8,192種類あるとき、文字データ全体を保存するために必要な領域は何バイトか。ここで、1Mバイト=1,024kバイト、1kバイト=1,024バイトとし、文字データは圧縮しないものとする。

:192k 不正解×
:1.5M 正解○
:12M 不正解×
:96M 不正解×

【解説】

1文字を表すために必要な画素数を計算します。

48×32=1536画素

色情報は2値(1または0)なので、1文字を表すのに必要なデータ量をバイト単位で表すと以下通り。

1536ビット÷8=192バイト

192バイトのフォントが8192種類あるので文字データ全体のデータ量は次のように計算できます。("÷1024÷1024"でMバイト単位に変換しています。

192×8,192÷1024÷1024=
=192×(8,192÷1024)÷1024
=192×8÷1024
=1536÷1024
=1.5

つまり答えは「」となる。

入出力装置についておさらいしたい方は 【入力装置・出力装置】入力装置の種類と特徴〜出力装置の種類と特徴をご覧ください。

確認問題⑦:入出力インタフェース

確認問題

ハードウェア確認問題⑦

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

Bluetoothの説明として、適切なものはどれか。

:1台のホストは最大127台のデバイスに接続することができる。
不正解× 公共の規格では最大7台です
:規格では、1,000m以上離れた場所でも通信可能であると定められている。
不正解× 最大100m程です
:通信方向に指向性があるので,接続対象の機器同士を向かい合わせて通信を行う。
不正解× 通信方向に指向性はない
:免許不要の2.4GHz帯の電波を利用して通信する。
正解◯

【解説】

Bluetoothは、電波を利用し近距離で無線通信のできるインタフェースです。

2.4GHz帯の電波を利用し、半径数十mの範囲で最大50Mbps程度までの通信速度を実現する無線技術です

つまり答えは「」となる。

②解説

【問題②】

HDMIの説明として、適切なものはどれか。

:映像,音声及び制御信号を1本のケーブルで入出力できるAV機器向けのインタフェースである。
正解◯
:携帯電話間での情報交換などで使用される赤外線を用いたインタフェースである。
不正解× IrDAの説明
:外付けハードディスクなどをケーブルで接続するシリアルインタフェースである。
不正解× USBの説明
:多少の遮蔽物があっても通信可能な,電波を利用した無線インタフェースである。
不正解× Bluetoothの説明

【解説】

HDMIは「映像・音声・制御信号」を1本のケーブルで入出力できるインタフェースです。

例えば、テレビで映画を見る時はハードディスクやブルーレイなどにDVDを入れると思います。

その時、ハードディスクとテレビが一本の線で繋がっています、それがHDMIです。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

周辺機器をPCに接続したとき,システムへのデバイスドライバの組込みや設定を自動的に行う機能はどれか。

:オートコンプリート
不正解×
:スロットイン
不正解×
:プラグ&プレイ
正解◯
:プラグイン
不正解×

【解説】

周辺機器をPCに接続した時に、デバイスドライバの組込みや設定を自動的に行うインタフェースとしてシリアルATA(SATA)が挙げられます。

シリアルATAは、コンピュータや周辺機器に繋げると特別な設定はせずすぐに使える状態になります。

この挿したらすぐに使える状態を「プラグ&プレイ」と言います。

つまり答えは「」となる。

入出力インタフェースについておさらいしたい方は【入出力インタフェース】基礎知識とデータ転送方式〜代表的な種類まで解説!ご覧ください。

まとめ

【確認問題集:ハードウェア編】〜IT未経験者の第二関門〜まとめ

問題は正解が多かったですか?それとも不正解が多かったですか?

正解の方が多かった方はハードウェアの知識は問題ないでしょう。

逆に不正解の方が多かった方はまだ知識不足なので基礎知識をもう一度おさらいして問題集で挑戦してみましょう。

最後まで読んでいただきありがとうございました!

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また、質問や問い合わせに関しては、コメント欄かお問い合わせフォームを活用ください。

それではまたお会いしましょう。

黄島 成

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