３０日後に基本情報技術者試験を受ける人によるまとめノート（２日目）

この記事について

２９日後（２０２４年３月１日時点）に基本情報技術者試験を受ける自分が、学習のために記すまとめノート的なものです。
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本文

①CPU

• CPUとは
  • 人間の頭脳にあたる
  • プロセッサとも言う
• CPUの指標
  • クロック周波数
    • １秒間に発生させる信号の回数
      • CPUの動作の速さをあらわす
    • 単位はHz
  • MIPS（ミップス）
    • １秒間に何百万個の命令を実行できるか
    • 1秒÷平均命令実行時間×10^-6
  • コア
    • CPU内にある演算を行う装置
      • 複数のコアを持つ場合マルチコアプロセッサ
      • ２つのコアを持つ場合デュアルプロセッサ
      • ４つのコアを持つ場合クアッドコアプロセッサ
• CPUの処理の流れ
  • 主記憶装置
    • 命令やデータを格納する装置
    • 各区画にアドレスが割り振られている
    • CPUに読み込まれる命令は命令部とアドレス部にわかれている
  • レジスタ
    • 主記憶装置から読み込まれた命令はレジスタという一時保管装置に記録される。
    • 主に３つ種類がある
      • プログラムカウンタ
        • 次の命令のアドレスを格納する
      • 命令レジスタ
        • 命令を格納する
      • 汎用レジスタ
        • データを格納する
  • 処理
    • プログラムカウンタに書かれたアドレスに次の命令を取りに行く
    • プログラムカウンタを更新する
    • 取った命令を命令レジスタに保存する
    • 命令レジスタの命令を命令デコーダで解読する
      • 命令部、アドレス部の形式
    • アドレス部に書かれたアドレスにデータを取りに行く
    • 取ったデータを汎用レジスタに保存する
  • アドレス指定方式
    • 直接アドレス指定
      • 命令のアドレス部に指定されたアドレスが直接処理対象のデータ位置を表す
    • 間接アドレス指定
      • アドレス部に指定されたアドレスに有効な処理対象のデータ位置が保存されている
      • 大きなサイズのアドレスを保存できるが、処理に時間がかかる
  • 割り込み
    • 実行中のプログラムを中断して別のプログラムを実行すること
    • 発生時の動作
      • プログラムカウンタに保存された値を別の場所へ退避
      • 割り込み命令のアドレスをプログラムカウンタに保存
      • 割り込み命令を実行
      • 対比させていたプログラムカウンタの値を復帰
      • 処理を再開
    • 割り込みの種類
      • 内部割込み
        • 実行中のプログラムが原因で発生する割り込み
          • エラー
      • 外部割込み
        • 実行中のプログラム以外が原因で発生する割り込み
          • ユーザーの入力を待つ
          • ネットワークエラー
    • 記憶装置の種類
      • 主記憶装置
        • CPUによって直接読み書きされる記憶装置
        • 命令やデータの一時的保存
          • 高速だが、容量は少ない
          • 電源を切ると消滅する
      • 補助記憶装置
        • 主記憶装置をサポートする
        • 命令やデータの長期保存
          • 遅いが、容量が多い
          • 電源を切っても持続する
      • キャッシュメモリ
        • 主記憶装置よりも高速
        • 容量は主記憶装置よりも少ない
        • データの読み込み方式
          • ヒット率
            • キャッシュメモリに目的のデータが保存されている確率のこと
          • 実行アクセス時間
            • CPUがキャッシュメモリとの通信にかかる時間
            • 主記憶装置との通信にかかる時間は「アクセス時間」
            • キャッシュメモリへのアクセス時間×ヒット率+主記憶装置へのアクセス時間×(1-ヒット率)
          • メモリインタリーブ
            • 主記憶装置との通信の高速化手法
            • 主記憶装置内部をバンクと呼ばれる単位に分割し、並列アクセスする
        • データの書き込み方式
          • ライトスルー方式
            • CPUがキャッシュメモリと主記憶装置両方にデータを書き込む
            • シンプルだが、時間がかかる
          • ライトバック方式
            • キャッシュメモリからデータを追い出すときに主記憶装置にデータを書き込む
            • 複雑だが、高速

②入出力インターフェース

• 機器の間でデータをやり取りする方式
• 分類
  • 有線の種類
    • シリアルインターフェース
      • １本の信号線で１ビットずつやり取りする規格
      • 仕組みが単純かつ高速
      • 現在主流となっている
    • パラレルインターフェース
      • 複数のデータを信号線で複数ビットを並列でやり取りする規格
      • 仕組みが複雑かつ低速
  • USB
    • 現在最も普及しているインターフェース
    • シリアルインターフェースである
    • USB1.0～3.0まである
    • Type-AからCまでのコネクタ形状を覚えること
  • 周辺機器との接続方法
    • スター接続
      • PCを中心として機器ごとにコネクタにて接続する
      • たとえるならば中央集権国家
    • ツリー接続
      • ハブを使って枝分かれをさせて接続する
      • たとえるならば日本の省庁
    • デイジーチェーン接続
      • 機器を数珠つなぎで接続する
      • ハブが不要で単純
      • 伝送速度は落ちる
    • デバイスドライバ
      • 周辺機器を制御するソフトウェアのこと

③入出力装置

• 入出力インターフェースと違い、コピー機やスピーカー、ディスプレイなど出力を行う装置
• ディスプレイ
  • dpi
    • 1インチ（2.54cm）あたりのドット数を表す
  • ポイント
    • 文字の大きさを表す単位
    • 1ポイント=1/72インチ
• 3Dプリンター
  • 樹脂を重ねたり粉末の樹脂を接着剤で固めたりすることで造形物をつくる。

内容まとめ

• ①CPU
• ②入出力インターフェース
• ③入出力装置