基本情報技術者試験第1章コンピュータ構成要素完全ガイド | FE試験対策

基本情報技術者試験第1章：コンピュータ構成要素完全ガイド

Fundamental Information Technology Engineer Examination

2025年12月合格執筆者：Tran Huy Khoa

こんにちは！私が2025年12月に基本情報技術者試験 (FE)に合格しました。こちらのシリーズは FEを勉強した時の個人メモです。ブログとしてシェアさせていただき、皆さんの参考になれば幸いです！

この記事では、基本情報技術者試験の第1章「コンピュータ構成要素」について、情報の表現、CPU、メモリ、磁気ディスク、入出力装置など、試験に必要な重要トピックを詳しく解説します。

1.01：情報の表現

バイトとビット

	+ 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：間接アドレス指定
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

その他の高速化技術

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

マスクROM：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)：紫外線照射で全消去できる
EEPROM (Electrically)：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（EEPROMの一種）：電圧で全・部分消去。ブロック単位で消去後に書込み（電気切っても記憶消えない）

キャッシュメモリ

主記憶からキャシュメモリにデータを一時保存 → その後、キャシュメモリから主記憶にデータをロードする

用途：データ転送速度の向上

CPU <--高速--> 「キャッシュメモリ」 <--低速--> 主記憶

重要な公式とポイント

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：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 (順にキャシュメモリ → 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

ディスクの構造

セクタ
トラック
シリンダ

ディスク管理

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

SSD関連技術

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

解像度

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関連

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

無線通信インタフェース

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

ネットワーク

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

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