基本情報技術者試験 (FE)｜ 第1章 まとめ | コンピュータ構成要素

1.01：情報の表現

+ 1バイト = 8ビット

+ k(キロ): 10^3        m(ミリ): 10^-3

  M(メガ): 10^6        u(マイクロ): 10^-6

  G(ギガ): 10^9        n(ナノ): 10^-9

  T(テラ): 10^12       p(ピコ): 10^-12

例：1Gバイト = 8 * 10^3 Mビット = 8 * 10^6kビット = 8 * 10^9 ビット

40Mビット = 40 * 10^6 ビット

例：1ミリ(秒) = 10^-3 (秒)  ~   1秒 = 10^3ミリ(秒)

+ 文字の表現

・ASCIIコード：英数字・記号・制御文字のみ。米国基準符号の基本

・シフトJISコード：ASCII + 漢字・仮名

・EUC：UNIX、LINUXで使用される。漢字・仮名もある

・Unicode：世界文字の多くを1つにしたもの。

1.02：CPU

+ クロック周波数：1sにクロック信号が繰り返される回数（単位：Hz）

・内部クロック：CPU内部のクロック周波数

・外部クロック：CPUと装置を結ぶ経路の周波数

+ バス：PC内の装置間を結び、データや信号のやり取りのために共有される伝送路。

一度に転送するデータ量をバス幅（単位：ビット）

1.03：CPUの動作原理

+ アドレス指定方式

・即値：アドレス部の値はデータそのもの　命令部|アドレス部(データ)

・直接：アドレス部 → 実行アドレス

・間接：

・相対：アドレス部の値 + プログラムカウンタの値　→　実行アドレス

・指標（インデックスアドレス）：アドレス部の値 + 指標レジスタの値　→　実行アドレス

・基底（ベーススアドレス）　　：アドレス部の値 + 基底レジスタの値　→　実行アドレス

1.05：CPUの高速化技術

+ CPUの高速化

・随時制御方式

・パイプライン方式

* 分岐予測：実行される確率の高い方を予測する

* 投機実行：予測結果を保存し、分岐先が正しければその結果を利用する

・スーパーパイプライン

・スーパースカラ方式 (複数パイプライン)

+ CPUの命令体系

・CISC(Complex Instruction Set Computer)：複数な命令を多く持つアーキテクチャ。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1命令で複雑な処理ができる

・RISC(Reduced Instruction Set Computer)：単純な命令に絞り込んだアーキテクチャ。

命令の実行時間を均等になり、パイプライン方式で効率よく処理ができる

→ PCやサーバのCPUは CISC、SmartphoneやTabletのCPUは RISCを用いる

+ マルチコアプロセッサ：1つのCPU内に複数のコアを備えたもの

+ パワーゲーティング：演算処理がない回路への電源を遮断して、電流を削減

+ GPU：行列演算で、3D画像処理を高速にするプロセッサ

1.06：半導体メモリ

+ RAM

・DRAM：コンデンサ、リフレッシュ必要、低速、大容量、安価、主記憶に用いる

・SRAM：フリップフロップ、リフレッシュ不要、高速、小容量、高価、キャッシュメモリに用いる（Flip Flop用いる）

+ ROM：Read only memory

　書込　　消去　　　　特徴

・マスクROM：　　         X      X                製造時点のみが書き込まれる。その後は書き込めない

・UV-EPROM(Eraseable)    〇     〇              紫外線照射で全消去できる

・EEPROM (Electrically)    〇     〇              電圧で部分消去。1バイト単位で消去・書込み

・フラッシュメモリ　　 　〇     〇             電圧で全・部分消去。ブロック単位で消去後に書込み

（EEPROMの一種）

(電気切っても記憶消えない)

+ キャッシュメモリ：Tạm　thời lưu data từ 主記憶 vào cash, về sau sẽ load lại data 　　　　　　　　　　　　　　từ cash vào 主記憶 sau → tăng tốc độ データ転送

　　　　　　CPU  <--高速--> 「キャッシュメモリ」 <--低速-->  主記憶

+ キャッシュメモリの実行アクセス時間 = キャッシュ時間*ヒット率 + 主記憶時間*(1-ヒット率)

+ キャッシュメモリへの書き込みは2種類ある：ライトスルー と ライトバック

　ライトスルー (cash + 主記憶両方書き換え)

　　　　　ライトバック (順に cash → 主記憶)

+ アクセス早い順：レジスタ > 1次 > 2次 > 主記憶 > SSD > HDD

+ メモリインタリーブ：アクセス高速化するために、主記憶装置を複数の区画（バンク）に分けて、各バンクを並列にアクセスする

+ ECCメモリ：エラー訂正機能をもつメモリ

情報ビットに冗長ビット付加 → 2ビットの誤りを検出、1ビットの誤りを訂正。

この誤り訂正符号をハミング符号という。

1.07：磁気ディスク

+ ディスク

・セクタ

・トラック

・シリンダ

+ フラグメンテーション：細切れの未使用領域が発生（断片化）

・デフラグ：断片化したデータを連結した領域に再配置

+ メモリコンパクション：細切れの未使用領域を一つにまとめ → 再利用可能

+ アクセス時間

・位置決め時間

・回転待ち時間：（平均回転待ち時間 = 1回転の時間 / 2）

・データ転送時間

+ ウエアレベリング：データ書き込み、消去を特定の場所に行うと、早く壊れてしまう

→　データ書き込み、消去を均等に分散させる

+ 光ディスク：レーザー光でデータ読み書きする記憶媒体

大容量、安価、耐久性

・CD: PC記録用　最大700MB

・DVD：PC記録用の他、映画などの映像も記録　　最大17.08GB

・BD：Blu-Ray Disc。青紫色のレーザー光線でハイビジョン映像を２時間以上記録　最大100GB

・光ディスクの記憶方式

再生専用型：利用者が書き込み不可　　CD-ROM, DVD-ROM, BD-ROM

追記型：書込み可能。書換不可       CD-R, DVD-R, BD-R

書換え型：書込み + 書換可能        CD-RW, DVD-RW, BD-RE

1.08：入出力装置

+ ディスプレイ：

・液晶ディスプレイ：電圧加えると、光の透過性が変わる液晶分子を利用

・有晶ディスプレイ：電圧加えると、自ら発行する有晶化合物を利用

・VRAM：表示内容を一時的に記録するための専用メモリ。

　1ドット当たりnビットの時、そのドットが 2^n 通りの色を反応できる。

・プリンター：

・レーザープリンター：コピー機と同様原理。1分間で印刷ページ数を PPM(Page Per Min)

・インクジェットプリンター：ノズルからインク吹付。音が静かで、印刷品質が高、低価格

・ドットインパクトプリンタ：多数のピンで衝突。印刷品質が低いが、伝票印刷に用いられる

・dpi(dots per inch)：解像度の単位。1インチ当たりのドット数

1.09：入出力インタフェース

+ USBハブ：集線装置、最大127第までの周辺機器を接続できる

+ ホットプラグ：接続されている周辺機器の電源を入れたままでケーブルを抜き差しできる機能

+ バスパワー：USBケーブルで、PC本体から電源を供給する方式

+ Bluetooth：2.4GHz帯の電波で無線通信のインタフェース

BLE (Bluetooth Low Energy)：消費電力が低い

+ Zigbee：2.4GHz帯の電波で短距離無線通信のインタフェース

Bluetoothより、電波範囲狭い、速度遅だが、低コスト、低消費電力

+ PAN(Personal Area Network)：BLE+Zigbeeで、より狭い、、主に個人使用のネットワーク