2026年版・2-8

ハードウェアの一問一答

基本情報技術者試験科目A「コンピュータシステム」から、ハードウェアに関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

この分野の演習

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。科目Aの本試験と同じく、4択で出題しています。

問12-8

フリップフロップ回路の説明として、最も適切なものはどれか。

①電荷を蓄えて情報を保持する素子で、定期的な書き直しが必要である
②1ビットの情報を保持できる回路で、SRAMやレジスタに使われる
③アナログ信号をデジタル信号に変換するための回路である
④2つの入力が異なるときだけ1を出力する組合せ回路である

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正解 ②1ビットの情報を保持できる回路で、SRAMやレジスタに使われる

解説
フリップフロップは、0か1の状態を安定して保ち続けることができる回路で、1ビットの情報を記憶できます。入力が変わらない限り状態を保持する「順序回路」の基本となる回路で、SRAMやCPUのレジスタに使われています。リフレッシュが不要で高速に動作します。

他の選択肢が不適切な理由
・電荷を蓄え、定期的な書き直しが必要：DRAMで使われるコンデンサの説明です。
・アナログ信号をデジタル信号に変換：A/D変換器の説明です。
・2つの入力が異なるときだけ1を出力：排他的論理和（XOR）回路の説明で、記憶の機能を持たない組合せ回路です。

覚え方のポイント
「フリップフロップ＝記憶できる回路（順序回路）」「論理ゲート＝入力で出力が決まるだけ（組合せ回路）」。SRAMはフリップフロップ、DRAMはコンデンサ、と対で覚えましょう。

問22-8

FPGAの説明として、最も適切なものはどれか。

①製造後に、利用者が内部の論理回路の構成を書き換えることができる集積回路
②特定の用途のために専用に設計・製造され、後から回路を変更できない集積回路
③CPUやメモリ、周辺回路などのシステムの機能を1つのチップに集めた集積回路
④微細な機械部品とセンサーや電子回路を、1つの基板上に集積したデバイス

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正解 ①製造後に、利用者が内部の論理回路の構成を書き換えることができる集積回路

解説
FPGA（Field Programmable Gate Array）は、製造された後に、利用者が現場（Field）で内部の論理回路の構成をプログラムして書き換えられる集積回路です。専用の回路を作るより開発期間が短く、仕様の変更にも対応しやすいため、試作や少量生産の機器、通信機器などで使われています。

他の選択肢が不適切な理由
・専用に設計・製造され、後から変更できない：ASIC（特定用途向け集積回路）の説明です。
・システムの機能を1つのチップに集めた：SoC（System on a Chip）の説明です。
・微細な機械部品とセンサーなどを集積：MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）の説明です。

覚え方のポイント
「FPGA＝後から書き換えられる」「ASIC＝専用で書き換えられない」「SoC＝システムを1チップに」「MEMS＝機械部品も一緒に」。

問32-8

SoC（System on a Chip）の説明として、最も適切なものはどれか。

①CPUやメモリなど、システムに必要な機能を1チップに集積したもの
②複数のチップを1つのパッケージに封入し、1つの部品として扱うもの
③利用者が内部の論理回路の構成を、製造後に書き換えられるチップ
④1つのCPUチップの中に、処理を行う中核部分を複数搭載したもの

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正解 ①CPUやメモリなど、システムに必要な機能を1チップに集積したもの

解説
SoCは、CPU、メモリ、通信や画像処理などの回路といった、システムを動かすのに必要な機能を1つの半導体チップに集積したものです。部品の数が減るため、機器の小型化・低消費電力化・低価格化が図れます。スマートフォンや家電、IoT機器などで広く使われています。

他の選択肢が不適切な理由
・複数のチップを1つのパッケージに封入：SiP（System in a Package）の説明です。SoCはチップ自体が1つです。
・製造後に論理回路を書き換えられる：FPGAの説明です。
・1つのCPUに中核部分を複数搭載：マルチコアプロセッサの説明です。

覚え方のポイント
「SoC＝システムを1つのチップ（on a Chip）に」「SiP＝システムを1つのパッケージ（in a Package）に」。似た名前なので前置詞で区別しましょう。

問42-8

CMOS回路で構成されたプロセッサの消費電力を減らす方法として、最も効果が期待できるものはどれか。

①キャッシュメモリを取り外して、回路を単純にする
②クロック周波数を上げて、処理を早く終わらせて休ませる
③同じ処理を2つのコアで同時に実行して、結果を照合する
④処理の負荷に応じて、クロック周波数と電源電圧を下げる

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正解 ④処理の負荷に応じて、クロック周波数と電源電圧を下げる

解説
CMOS回路の消費電力の多くは、回路の状態が切り替わるときに発生し、クロック周波数と電源電圧の2乗にほぼ比例します。そのため、処理の負荷が軽いときにクロック周波数と電源電圧を下げると、消費電力を大きく減らせます。この技術はDVFS（動的電圧・周波数制御）と呼ばれ、スマートフォンなどで使われています。

他の選択肢が不適切な理由
・クロック周波数を上げて早く終わらせる：状況によっては有効な場合もありますが、周波数を上げると動作中の消費電力は増えるため、最も効果が期待できる方法とはいえません。
・キャッシュメモリを取り外す：主記憶へのアクセスが増えて処理時間が延び、かえって電力を多く使うことになります。
・同じ処理を2つのコアで同時に実行：信頼性を高める方法で、消費電力はむしろ増えます。

覚え方のポイント
「消費電力は周波数と電圧（の2乗）に比例」。電圧を下げることが特に効果的です。

問52-8

組込みシステムで、外部の状態を検知して電気信号に変換するものと、電気信号を受けて機械的な動作に変換するものの組合せとして、正しいものはどれか。

①検知はエンコーダー、動作はデコーダー
②検知はアクチュエーター、動作はセンサー
③検知はセンサー、動作はアクチュエーター
④検知はデコーダー、動作はエンコーダー

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正解 ③検知はセンサー、動作はアクチュエーター

解説
センサーは、温度・光・圧力・加速度などの外部の状態を検知して、電気信号に変換する装置です。アクチュエーターは、電気信号などのエネルギーを受けて、モーターの回転やバルブの開閉などの機械的な動作に変換する装置です。組込みシステムでは、センサーで状況を捉え、コンピュータが判断し、アクチュエーターで動かす、という流れで制御を行います。

他の選択肢が不適切な理由
・検知はアクチュエーター、動作はセンサー：役割が逆です。
・エンコーダーとデコーダー：エンコーダーは情報を符号に変換する装置（回転の角度を信号にする回転センサーを指すこともあります）、デコーダーは符号を元の情報に戻す装置で、この組合せではありません。

覚え方のポイント
「センサー＝感じる（入力）」「アクチュエーター＝動かす（出力）」。エアコンなら温度センサーで検知し、ファンのモーター（アクチュエーター）を動かします。

問62-8

組込みシステムで、プログラムが暴走や停止をしていないかを監視するため、一定時間内にプログラムからリセットの信号が来なければ、システムを再起動させる仕組みはどれか。

①インターバルタイマー
②ウォッチドッグタイマー
③リアルタイムクロック
④タイムスタンプ

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正解 ②ウォッチドッグタイマー

解説
ウォッチドッグタイマー（番犬タイマー）は、正常に動いているプログラムから定期的にタイマーをリセットさせ、一定時間内にリセットが来なかった場合に、プログラムが暴走や停止をしたと判断して、システムの再起動などを行う仕組みです。人が常に見ていられない組込み機器の信頼性を高めるために使われます。

他の選択肢が不適切な理由
・インターバルタイマー：一定の間隔で割込みを発生させるタイマーで、タスクの切替えなどに使います。
・リアルタイムクロック：電源を切っても現在の日付と時刻を刻み続ける時計の機能です。
・タイムスタンプ：データがある時刻に存在したことなどを証明するために付ける時刻の情報です。

覚え方のポイント
「ウォッチドッグ＝番犬」。一定時間ごとに「元気です」の合図がなければ異常と判断して吠える（再起動する）と覚えましょう。

問72-8

組込みシステムで使われるリアルタイムOSの特徴として、最も適切なものはどれか。

①多くの利用者が同時に使えるよう、処理時間を公平に分けることを重視する
②決められた時間内に処理を完了させることを重視して、タスクを制御する
③処理の開始時刻を気にせず、データをまとめて一括で処理することを重視する
④システム全体として単位時間あたりの処理件数の最大化を重視する

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正解 ②決められた時間内に処理を完了させることを重視して、タスクを制御する

解説
リアルタイムOSは、自動車のエンジン制御やロボットのように、決められた時間内に確実に応答・処理を完了させる必要がある組込みシステム向けのOSです。優先度に基づくプリエンプティブなスケジューリングを使い、緊急度の高い処理が素早く実行されるように制御します。

他の選択肢が不適切な理由
・処理時間を公平に分けることを重視：タイムシェアリングシステムや汎用OSの考え方です。
・データをまとめて一括で処理：バッチ処理の考え方で、リアルタイム性とは逆です。
・単位時間あたりの処理件数の最大化を重視：スループットを重視する汎用OSやバッチ処理の考え方です。リアルタイムOSは、平均の処理量よりも、決められた時間内に確実に終わることを重視します。

覚え方のポイント
「リアルタイム＝速さそのものより、時間内に必ず終わること（時間の保証）」が重要です。

問82-8

モーターの回転速度を制御する方法のうち、一定の周期で電圧をオン・オフし、オンの時間の割合を変えることで、平均の電力を調整する方式はどれか。

①PWM制御
②シーケンス制御
③フィードフォワード制御
④ON/OFF制御

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正解 ①PWM制御

解説
PWM（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御は、一定の周期で電圧のオン・オフを繰り返し、1周期の中でオンにしている時間の割合（デューティ比）を変えることで、モーターなどに加わる平均の電力を調整する方式です。電力の損失が少なく、モーターの速度制御やLEDの明るさの調整などに使われます。

他の選択肢が不適切な理由
・シーケンス制御：あらかじめ定めた順序や条件に従って、制御の各段階を順に進めていく制御です（全自動洗濯機など）。
・フィードフォワード制御：外乱などの影響を予測して、その影響が出る前に先回りして修正する制御です。
・ON/OFF制御：目標値を超えたら止め、下回ったら動かす、という2つの状態だけで行う単純な制御です。

覚え方のポイント
「PWM＝オンの時間の幅（パルス幅）で強さを調整」。オンの割合が50％なら、平均でほぼ半分の電力になります。

問92-8

制御方式のうち、出力の結果をセンサーなどで検出して目標値と比較し、その差をなくすように制御を行う方式はどれか。

①オープンループ制御
②フィードフォワード制御
③シーケンス制御
④フィードバック制御

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正解 ④フィードバック制御

解説
フィードバック制御は、制御した結果（出力）を検出して目標値と比べ、差（偏差）があればそれを小さくするように操作量を調整する制御方式です。例えばエアコンは、室温をセンサーで測り、設定温度との差に応じて運転を強めたり弱めたりします。外乱があっても、結果を見て修正できるのが長所です。

他の選択肢が不適切な理由
・フィードフォワード制御：外乱が出力に影響する前に、その影響を予測して先回りで修正する制御です。
・シーケンス制御：あらかじめ定めた順序に従って、制御を段階的に進める制御です。
・オープンループ制御：出力の結果を確認せずに、決められた操作だけを行う制御です。

覚え方のポイント
「フィードバック＝結果を見て後から直す」「フィードフォワード＝予測して先に直す」。両方を組み合わせて使うこともあります。

問102-8

MEMSの説明として、最も適切なものはどれか。

①製造後に、利用者が論理回路を書き換えることができる集積回路
②電源を切っても内容が消えず、電気的に書き換えられるメモリ
③半導体の製造技術で、微細な機械部品と電子回路を集積したもの
④複数のプロセッサで主記憶を共有して、処理を分担する構成

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正解 ③半導体の製造技術で、微細な機械部品と電子回路を集積したもの

解説
MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）は、半導体の微細な加工技術を使い、微小な機械部品と、センサーや電子回路などを1つの基板の上に集積したデバイスです。スマートフォンの加速度センサーやジャイロセンサー、マイクロフォン、インクジェットプリンタのノズルなどに使われています。

他の選択肢が不適切な理由
・電源を切っても消えず、電気的に書き換えられるメモリ：EEPROMやフラッシュメモリの説明です。
・製造後に利用者が論理回路を書き換えられる：FPGAの説明です。
・複数のプロセッサで主記憶を共有：密結合マルチプロセッサの説明です。

覚え方のポイント
「MEMS＝Micro（小さな）Electro（電子の）Mechanical（機械の）」。電子回路と機械部品を一緒に小さく作ったもの、と名前から覚えましょう。

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※本ページの問題・解説は、生成AI（人工知能）を活用して作成しています。