基本情報技術者 学習ページ|科目A・ハードウェア

論理回路と制御を読む

ハードウェアでは、0と1を扱う論理回路から、状態を保持する回路、機械を動かす制御方式までがつながっています。基本ゲート、加算回路、制御、FPGAの役割を整理します。

基本論理ゲート

ANDは入力が全て1のとき1、ORは少なくとも一つが1のとき1、NOTは0と1を反転します。NANDはANDの結果を反転し、NORはORの結果を反転します。XORは2入力が異なるとき1になります。

正論理では高い電圧側を1、低い電圧側を0に対応させ、負論理では対応を逆にします。論理式を計算するときは、どの論理値と電圧レベルを対応させているかを確認する必要があります。

AND・OR・NOTと反転形、XORを区別。

状態を保持する回路

フリップフロップは、二つの安定した状態をもち、1ビットの情報を保持できる基本回路です。入力やクロックなどの条件に応じて状態が変化し、その状態を出力として保持します。

複数のフリップフロップを組み合わせることで、レジスタやカウンタなどの順序回路を構成できます。組合せ回路が現在の入力で出力を決めるのに対し、順序回路は保持した過去の状態も出力に影響する点が違います。

フリップフロップは1ビットの状態を保持。

半加算器

半加算器は、2個の1ビット入力A、Bを加算し、和Sと桁上がりCを出力する回路です。和SはA XOR B、桁上がりCはA AND Bで求めます。

例えばA=1、B=1なら、S=0、C=1となり、2進数の「10」に相当します。XORをANDと取り違えると、AとBが両方1のときの和を誤るため、和と桁上がりの役割を分けます。

半加算器は和=XOR、桁上がり=AND。

制御方式を区別する

フィードバック制御は、出力を測定して目標値との差を求め、その差を小さくするよう入力を調整する制御です。温度を測りながらヒータ出力を変える制御などが例です。

シーケンス制御は、あらかじめ定めた順序や条件に従って動作を進めます。PWM制御は、一定周期などでパルスのオン時間の割合を変え、モータなどへ与える平均的な電力を調整します。出力を戻す、手順を進める、パルス幅を変えるという違いで見分けます。

戻り値・手順・パルス幅で制御を区別。

FPGAを使う

FPGAは、製造後に利用者が内部の論理回路の構成を設定できる集積回路です。論理ブロックや配線資源などを設定し、用途に応じたディジタル回路を実現できます。

専用回路を固定的に作る方式に比べ、開発後も設計変更へ対応しやすく、試作や少量製品、更新が必要な装置などで利用されます。FPGAはソフトウェアだけを実行する汎用CPUそのものではなく、論理回路の構成を設定して処理を実現する点を押さえます。

FPGAは製造後に論理構成を設定できる。

本番の形で解いてみる

科目Aの形: 四肢択一(このページのために作った問題)

出力Yが Y = (A NAND B) XOR C で表される論理回路がある。Y=1となる入力の組合せはどれか。

  1. A=1、B=1、C=1
  2. A=1、B=0、C=1
  3. A=0、B=1、C=1
  4. A=0、B=0、C=1
答えと解説を見る

正解: A=1、B=1、C=1

A NAND BはAとBが両方1のときだけ0、それ以外は1です。アではA NAND B=0、C=1なので0 XOR 1=1になります。イ・ウ・エではA NAND B=1、C=1なので1 XOR 1=0です。

まちがえやすい点: NANDをANDと同じとみなすと、A NAND Bの値を逆に取ってしまう。

科目Aの形: 四肢択一(表を読む)(このページのために作った問題)

半加算器に入力A=1、B=1を与えたとき、和Sと桁上がりCの組合せとして最も適切なものはどれか。

入力A入力B
11
  1. S=0、C=0
  2. S=0、C=1
  3. S=1、C=0
  4. S=1、C=1
答えと解説を見る

正解: S=0、C=1

半加算器ではS=A XOR B、C=A AND Bです。1 XOR 1は0、1 AND 1は1なので、S=0、C=1となります。

まちがえやすい点: 和Sと桁上がりCの論理式を逆にしない。

科目Aの形: 四肢択一(このページのために作った問題)

室温をセンサで測定し、設定温度との差に応じてヒータの出力を自動調整する制御方式として最も適切なものはどれか。

  1. フィードバック制御
  2. シーケンス制御
  3. PWM制御
  4. オープンループ制御
答えと解説を見る

正解: フィードバック制御

実際の室温という出力を測り、設定値との差を小さくするようヒータを調整しているのでフィードバック制御です。PWMはヒータ出力を実現する手段として使える場合がありますが、設問が問う制御の基本構造はフィードバックです。

まちがえやすい点: PWMを使う可能性と、出力を戻して目標との差を補正する制御構造は別の観点。

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このページの内容は、IPA「基本情報技術者試験 シラバス Ver.9.2」(2026年1月公表)と試験要綱Ver.5.6の範囲にもとづきます(2026年10月確認)。IPAは2027年度春ごろから新しい試験制度に移る予定です。