基本情報技術者「コンピュータシステム」の出題ポイント解説

基本情報技術者試験（FE）のコンピュータシステムは科目Aのテクノロジ系の土台となる分野。基礎理論・ハードウェア・ソフトウェア・システム構成技術の4領域から幅広く出題されます。本記事ではコンピュータシステムの頻出論点を整理します。

この章の重要度

科目A（60問・90分）のうち約20〜25問が本章関連。特に基数変換・論理演算・稼働率計算は計算問題として確実に出題されます。パターンが決まっているため、過去問演習で得点源化が可能です。

頻出トピック一覧

1. 基礎理論（基数変換・論理演算）

2進数・10進数・16進数の相互変換。補数表現（2の補数：全ビット反転＋1）で負数を表現。浮動小数点数：符号・指数部・仮数部（IEEE754形式）。論理演算：AND・OR・NOT・XOR・NAND・NOR、真理値表と論理式。ド・モルガンの法則。

2. 情報理論・データ構造

文字コード：ASCII・Unicode（UTF-8・UTF-16）。圧縮：可逆圧縮（LZH・ZIP）／非可逆圧縮（JPEG・MP3）。誤り検出・訂正：パリティ・CRC・ハミング符号。データ構造は科目Bで詳細。

3. CPU・プロセッサアーキテクチャ

命令実行サイクル：フェッチ→デコード→実行→書き込み。パイプライン（複数命令を段階的並列実行）、スーパースカラ（同時複数命令実行）、VLIW、CISCとRISCの違い。クロック周波数・CPI・MIPSの計算。

4. メモリ階層・キャッシュ

メモリ階層：レジスタ→キャッシュ（L1/L2/L3）→主記憶→補助記憶の速度と容量のトレードオフ。キャッシュ方式：ダイレクトマップ・セットアソシアティブ・フルアソシアティブ。ライトスルー／ライトバック。平均アクセス時間＝ヒット率×キャッシュ時間＋（1−ヒット率）×主記憶時間。

5. 補助記憶・RAID

HDD・SSD・光ディスク。RAID：RAID 0（ストライピング・高速）・RAID 1（ミラーリング・冗長）・RAID 5（分散パリティ）・RAID 6（2重パリティ）・RAID 10（ミラー＋ストライプ）。信頼性と性能のトレードオフ。

6. 入出力インタフェース

シリアル：USB・SATA・PCI Express。パラレル（旧IDE）。無線：Wi-Fi・Bluetooth・NFC。入出力制御方式：プログラム制御・割込み制御・DMA・チャネル制御（メインフレーム）。

7. オペレーティングシステム

プロセス管理：プロセス状態（実行・待機・準備）、スケジューリング（ラウンドロビン・優先度・多段フィードバック）。メモリ管理：仮想記憶・ページング（デマンドページング）、ページ置換アルゴリズム（FIFO・LRU・LFU）、スラッシング。ファイルシステム：ディレクトリ構造・パス・アクセス権。

8. システム構成・信頼性

システム構成：デュアル（並列・両系稼働）・デュプレックス（主系と待機系）・ホットスタンバイ・コールドスタンバイ・クラスタ・ロードバランサ。信頼性指標：MTBF（平均故障間隔）・MTTR（平均修復時間）・稼働率＝MTBF/(MTBF+MTTR)。直列＝A×B、並列＝1−(1−A)(1−B)。フォールトトレラント・フェールセーフ・フェールソフト・フールプルーフ。

覚え方のコツ

コンピュータシステムは「基礎理論→ハードウェア→ソフトウェア→システム構成」の階層構造で理解すると体系的に把握できます。基数変換は手を動かして変換練習を繰り返すのが最短ルート。2進数⇔16進数は「2進4桁＝16進1桁」のグループ化で瞬時に変換。論理演算は真理値表を書く習慣をつけ、ド・モルガン（NOT(A AND B)=NOT A OR NOT B）を体得。キャッシュ・メモリ階層は「速度×容量×コスト」のトレードオフを軸に、各階層の役割を整理。RAIDはRAID 0/1/5/10の4種をイメージ図で押さえ、RAID 5のパリティ計算を理解。稼働率計算は直列（積）／並列（1−全停止確率）の公式を反復練習。OSの仮想記憶（ページング・LRU）は「ページフォールト→ページ置換→ディスクI/O」の流れを暗記しましょう。

よくあるひっかけ

コンピュータシステムの頻出ひっかけ。①2の補数：nビットで表現できる範囲は -2^(n-1) 〜 2^(n-1)-1（8ビットなら-128〜127）。②浮動小数点の精度：仮数部のビット数で精度決定、指数部で範囲決定。③パイプラインのハザード：データハザード（前命令の結果待ち）・制御ハザード（分岐）・構造ハザード（資源競合）で性能低下。④CISCとRISC：CISC＝複雑命令・少ない命令数、RISC＝単純命令・パイプライン向き、現代のCPUは両者のハイブリッド。⑤キャッシュのヒット率：ヒット率が上がるとアクセス時間が短くなる、計算で100%と0%の両極端を確認。⑥RAID 1とRAID 5：RAID 1はミラーで容量半減・高信頼、RAID 5は分散パリティで容量効率良く1台故障まで復旧可。⑦ページ置換LRU：最も長く使われていないページを置換、ページ参照列から置換対象を追う問題が頻出。⑧MTBFとMTTR：MTBFは故障しない平均時間、MTTRは修理平均時間、稼働率＝MTBF/(MTBF+MTTR)であってMTBF/MTTRではない。⑨直列・並列の計算：直列はAND（両方稼働）＝積、並列はOR（いずれか稼働）＝1−(1−A)(1−B)。