今回のテーマは、「ビットパターン」の計算問題です。はじめに、ビットパターンの意味を説明します。それがわかったら、過去問題を解いてみましょう。

様々な分野で出題されていますが、ビットパターンの意味をきちんと理解できていれば、どんな分野の問題でも解けるはずです。

ビットパターンとは？

label関連タグ2 のべき乗2 進数

ビット数からビットパターンを求める問題

それでは、過去問題を解いてみましょう。はじめは、情報の基礎理論の分野の問題です。

この記事の冒頭で説明したように、N ビットで表せるビットパターンの数は、2 を N 回掛けるので 2^N 通りです。

したがって、選択肢エが正解です。

正解エ

コード化に必要なビット数を求める問題

次も、情報の基礎理論の分野の問題です。

コード化とは、本来なら数値でないデータを、数値に置き換えることです。英字の大文字の A ～ Z は 26 種類で、数字の 0 ～ 9 は 10 種類なので、両方を合わせると 36 種類あります。

これらの文字を数値に置き換えるには少なくとも何ビット必要か、つまり 36 種類のビットパターンを得るには、少なくとも何ビットあればよいかを考えてください。

したがって、選択肢イが正解です。

文字に割り当てないビットパターンが、64 通り- 36 通り = 28 通りもあって、もったいないようですが、仕方ありません。

下図に、6 ビットのビットパターンを 36 通りの文字に割り当てた例を示します。

正解イ

メモリのアドレスバスの本数を求める問題

今度は、ハードウェアの分野の問題です。

アドレスバスとは、メモリのアドレスを指定する信号線（電線）のことです。メモリの中には、1 バイトの大きさのデータの入れ物が数多く用意されています。

メモリのアドレスは、それぞれの入れ物を識別するための番号です。1 本のアドレスバスで、1 桁の 2 進数を伝えられます。

2²⁰ は、20 ビットのビットパターンであり、20 本の電線で表せます。

20 本の電線で表すビットパターンを、1,024 × 1,024 個の入れ物に割り当て、それぞれを識別するアドレスにするのです。

したがって、選択肢ウが正解です。

メモリの入れ物とアドレスのイメージを下図に示します。

正解　ウ

接続可能なホストの最大数を求める問題

次は、ネットワークの分野の問題です。

IPv4（ IP version 4 ）では、IP アドレスを 32 ビットで表して、上位桁をネットワークアドレス（ LAN の識別番号）とし、下位桁をホストアドレス（個々の通信機器の番号）としています。

したがって、選択肢アが正解です

正解ア

label関連タグIP アドレス

ブルートフォース攻撃の試行回数の最大値を求める問題

最後は、セキュリティの分野の問題です。

ブルートフォース（ brute force = 暴力、力ずく）攻撃とは、様々な数字の鍵を試行して、暗号文を解読することです。

たとえば、鍵が 4 ビットなら、2⁴ = 16 通りのビットパターンを鍵として試行することで、暗号文を解読できます。

ただし、こんなに少ない試行回数では、すぐに解読されてしまうので、実際の暗号文では、もっと大きなビット数の鍵が使われています。

この問題では、その例として、AES-256 という暗号化技法を取り上げているのです。

AES は、Advanced Encryption Standard（高度な暗号化の標準）の略で、共通鍵暗号アルゴリズムの一種です。それでは、256 とはなんでしょう？

「ピンと来た！ 256 は、2 のべき乗だ！ 2⁸ = 256 だから、AES-256 は、8 ビットのビットパターンを鍵としているのだろう。したがって、正解は、選択肢アだ」

と思われるかもしれませんが、それは早合点です

8 ビットのビットパターンは、2⁸ = 256 通りです。

こんなに少ない試行回数では、コンピュータを使えば、すぐに解読されてしまいます。

したがって、選択肢エが正解です。

正解エ

以上、「ビットパターン」の計算問題の解き方を説明しましたが、十分にご理解いただけましたでしょうか。

もしも、すぐに理解できない問題があったなら、同じ問題を繰り返し練習してください。

基本情報技術者試験では、同じ問題が何度も再利用されているので、できない問題をできるようにすることが、必ず得点アップにつながるからです。

それでは、またお会いしましょう！

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やるべき問題とは、よく出る問題であり、かつ、練習すればできる問題（練習しないとできない問題）です。

厳選問題looks_one2 のべき乗を見たら「ビビッ！」と感じてください

基本情報技術者試験の受験者なら、 7 ÷ 32 の 32 を見て、「ビビッ！」と感じてください。 32 は 2 の べき乗 だからです。

2 進数は、 1 ビット右シフトする（ 1 桁下げる）と、値が 1 / 2 になります。

÷ 32 の結果は、 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 と同じなので、 5 ビット右シフトする（ 5 桁下げる）ことで得られます。

7 を 2 進数で表すと、 111 です。
111 を 5 ビット右シフトする（ 5 桁下げる）と、0.00111 です。

したがって、ウが正解です。

解答ウ

searchタグで関連記事をチェック2 のべき乗

厳選問題looks_two公式があるのかな？ と考えずに、地道に経路のパターンを数えよう

問 2 平成 27 年度 秋期

図の線上を、点 P から点 R を通って、点 Q に至る最短経路は何通りあるか。

ア　16　　イ　24　　ウ　32　　エ　60

このような数学的な問題を見ると「公式があるのかな？」と思うかもしれません。

そういう人に知っておいてほしいのは、「基本情報技術者試験には、あらかじめ公式を暗記しておく必要のある問題が出たことがない」ということです。

それでは、どうやって、この問題を解けばよいのか？

指でたどって、地道に経路のパターンを数えればよいのです。 ただし、公式の暗記は不要でも、常識的な判断は必要です。

点 P から 点 R を通って、点 Q に至る経路の数を求めるのですから、点 P から 点 R へ行く経路の数と、点 R から 点 Q へ行く経路の数の掛け算になります。

それでは、数えてみましょう。

まず、点 P から 点 R へ行く経路の数です。 以下のように、全部で 6 通りです。

次に、点 R から 点 Q へ行く経路の数です。 以下のように、全部で 10 通りです。

したがって、点 P から 点 R を通って、点 Q に至る経路の数は、6 × 10 = 60 通りなので、エが正解です。

解答エ

厳選問題looks_3花文字の回転は、2 つの解き方のわかりやすい方を使おう

問 6　平成 27 年度 秋期

配列 A が図 2 の状態のとき，図 1 の流れ図を実行すると, 配列 B が図 3 の状態になった。 図 1 の a に入れるべき操作はどれか。 ここで，配列 A, B の要素をそれぞれ A( i, j ), B( i, j ) とする。

ア　A( i, j ) → B( 7 – i, 7 – j )　　
イ　A( i, j ) → B ( 7 – j, i )
ウ　A( i, j ) → B( i, 7 – j )　　
エ　A( i, j ) → B( j, 7 – i )

アスタリスク（*）を並べて、大きな文字の形にしたものを「花文字」と呼びます。 花を並べて作った文字のようだからです。

この問題は、 F という形の花文字を右に 90 度回転させるには、配列 A から 配列 B に、どのように個々の要素をコピーすればよいかを答えるものです。 問題の解き方は、2 つありますので、わかりやすい方法を使ってください。

1 つ目の解き方は、具体的に 1 つの要素を想定して、それを選択肢の i と j に入れて成り立つものを選ぶという方法です。

たとえば、配列 A の A( 3, 4 ) という要素は、配列 B の B( 4, 4 ) にコピーされます。 選択肢の左辺の A( i, j ) に A( 3, 4 ) を想定したので、右辺の i に 3 を代入し、 j に 4 を代入すると、

ア

B( 4, 3 )

イ

B( 3, 4 )

ウ

B( 3, 3 )

エ

B( 4, 4 )

ここでは、B( 4, 4 ) になればよいので、エが正解です。

解答エ

searchタグで関連記事をチェックテクニック 具体的な値を想定

もう 1 つの解き方は、練習しておけば、こちらの方が簡単でしょう。

配列 A では、 i が上から何個目かを示し、 j が左から何個目かを示します。
配列 B では、配列 A の i で、右から何個目かを示します（これは水平方向です）。

右端は、 7 なので、右から何個目かは、 7 – i です。 配列 B では、配列 A の j で上から何個目かを示します（これは垂直方向です）。

したがって、配列 B の B( 垂直方向, 水平方向 ) は、B( j, 7 – i ) であり、エが正解です。

searchタグで関連記事をチェック花文字

厳選問題looks_4セクタとブロック、ディスクの構造を知っておこう

これまでにも何度か説明しましたが、基本情報技術者試験の計算問題の多くは、その計算が実務で頻繁に行われるから出題されるのではなく、

「仕組みがわかっているなら、この計算できるよね」

というものです。

この問題も、「ディスクの構造がわかっていれば、この計算できるよね」というものです。

ディスクを読み書きする最小単位を セクタ と呼びます。

ただし、小さなセクタの単位で読み書きすると、細かすぎて時間がかかってしまうので、実際には、いくつかのセクタをまとめた ブロック という単位で、ディスク上のファイルが読み書きされています。

1 つのブロックに複数のファイルが格納されることはありません。 ブロックの一部に空きができても、そのままにします。

ここまでが、ディスクの構造に関する知識です。

それでは、問題を解いてみましょう。

500 バイト の セクタ が 8 個で 1 ブロックなので、 1 ブロックのサイズは、
chevron_right500 バイト × 8 = 4000 バイト
です。

2000 バイト のファイルは、 1 つのブロックに格納されます（ 2000 バイトの空ができます）。

9000 バイト のファイルは、
chevron_right4000 + 4000 + 1000（ 3000 バイトの空ができます）
に分けられて、3 つのブロックに格納されます。

ブロックの合計は、
chevron_right1 + 3 = 4 ブロック
です。

1 ブロックが 8 セクタなので、
chevron_right4 ブロック = 4 × 8 = 32 セクタ
です。

したがって、エが正解です。

解答エ

いかがですか。「ディスクの構造がわかっていれば、この計算できるよね」という問題だったでしょう。

searchタグで関連記事をチェックディスク

厳選問題looks_5この問題で SQL の集約関数をまとめて覚えよう

 SELECT AVG(数量) FROM 出庫記録 WHERE 商品番号 = 'NP200' 

 SELECT COUNT(*) FROM 出庫記録 

 SELECT MAX(数量) FROM 出庫記録 

 SELECT SUM(数量) FROM 出庫記録 WHERE 日付 = '2015-10-11' 

SQLには、データの合計値や平均値などを求める関数が用意されていて「集約関数」と呼ばれます。

この問題を通して、集約関数の種類と機能を覚えておきましょう。

COUNT 関数だけ、カッコの中に列名ではなくアスタリスク (*) を指定することもできます。

集約関数の種類と機能がわかったら、問題を解いてみましょう。

ア

商品番号 が「 NP200 」であるレコードの 数量の平均値 なので、 3 と 1 の平均値で 2 が得られます。

イ

出庫記録のレコード件数 なので、4 が得られます。

ウ

数量 の最大値なので、3 が得られます。

エ

日付が「 2015-10-11 」であるレコードの 数量の合計値 なので、 1 と 2 の合計で 3 が得られます。

したがって、最も大きな値が得られるのは、イです。

解答イ

searchタグで関連記事をチェックSQL

記事をお読みいただきありがとうございます。

もしも、一度解いただけでは、よくわからない問題があったなら、わかるまで何度でも練習してください。 「やるべき問題」は「わかるまでやるべき問題」だからです。

この厳選問題大全集が、受験者の皆様のお役に立てば幸いです。

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やるべき問題とは、よく出る問題であり、かつ、練習すればできる問題（練習しないとできない問題）です。

厳選問題looks_oneAND によるビット演算のイメージをつかんでおこう

この問題は、「ビット演算（マスク演算とも呼ばれる）」がテーマです。 ビット演算 とは、 2 進数のデータを論理演算することです。

説明するより具体例を示した方が早いと思いますので、以下を見てください。

01010101 と 00001111 という 2 進数で AND 演算を行っています。

01010101 には「データ」、 00001111 には「マスク」という名前を付けています。 これらの名前の意味は、あとでわかります。

ビット演算では、 2 進数の 1 桁ずつで論理演算をします。

ここでは、 AND 演算ですから、以下の矢印の方向でデータとマスクの 1 桁ずつを AND 演算します。 AND 演算は、演算する 2 つの値が両方とも 1 のときだけ演算結果が 1 になります。 ここまでは、OK でしょうか？

それでは、あらためてデータ、マスク、演算結果を見てみましょう。

データの 01010101 のうち、マスクの 00001111 の 0 の部分に対応する桁が 0 になり、 1 の部分に対応する桁が変化せずに、 00000101 という演算結果が得られました。

これは、 00001111 というマスクで、 01010101 というデータの上位 4 桁を覆い隠した（マスクした）といえます。

だから、 01010101 を データ と名付け、 00001111 を マスク と名付けたのです。

このようなマスクができるのは、

• 0 と AND 演算をすれば、相手が 0 でも 1 でも 0 になり（必ず 0 になる）
• 1 と AND 演算をすれば、相手が 0 なら 0 になり、相手が 1 なら 1 になる（変化しない）

からです。

納得していただけましたね！

それでは、問題を見てみましょう。

「 8 ビットのビット列の下位 4 ビットが変化しない操作はどれか」

ですから、これは、これまで説明してきた「 00001111 と AND 演算する」です。

選択肢では、 2 進数を 16 進数 表記し、論理演算の種類を日本語で示しています。 00001111 を 16 進数表記すると 0F です。 AND 演算を日本語で示すと 論理積 です。

したがって、選択肢ウの「 16 進数表記 0F のビット列との 論理積 をとる」が正解です。

解答ウ

searchタグで関連記事をチェックマスク

厳選問題looks_two今後の試験で出題比率が多くなる「数学」の問題をやっておこう

基本情報技術者試験を実施している情報処理推進機構のニュースリリースによると

「 2019 年の秋期試験から、午前試験で数学に関する出題比率を見直し、線形代数、確率、統計等、数学に関する出題比率を多くする」

そうです。

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基本情報技術者試験の 2019 シラバス改訂 で注目すべきポイント (用語解説付き)

したがって、今後受験を予定されている人は、これまで以上に数学に関する過去問題を数多く練習しておくべきです。 そんなわけで、この問題を取り上げました。

テーマは、「確率」です。

基本情報技術者試験で要求される数学の知識は、だいたい中学レベルです。 何らかの事例に仕立てたような問題が出題されるので、一見して難しそうに感じるかもしれませんが、必ずできますので、自信を持って解いてください。

それでは、やってみましょう。

ライン A は、製品全体の 60 % を製造し、その 2 % が不良品なので、
ライン A の不良品は、全体の
chevron_right0.6 × 0.02 = 0.012 = 1.2 %
です。

ライン B は、製品全体の 40 % を製造し、その 1 % が不良品なので、
ライン B の不良品は、全体の
chevron_right0.4 × 0.01 = 0.004 = 0.4 %
です。

不良品は、全部で
chevron_right1.2 % + 0.4 % = 1.6 %
になります。

無造作に抽出した不良品が ライン A で製造された確率は、全体の不良品の 1.6 % のうち、ライン A の不良品が 1.2 % なのですから、

chevron_right1.2 ÷ 1.6 = 0.75 = 75 %

という計算で求められます。

正解は、選択肢エです。

やったあ！ できたあ！

解答エ

厳選問題looks_32 のべき乗は指折り数えて計算しよう

問題に示された「ビットパターン」とは、 2 進数のデータのパターンのことです。

当然のことですが、ビット数（ 2 進数の桁数）が多いほど、表現できるビット数が多くなります。

たとえば、

1 ビットで表現できるビットパターンは、
0 と 1 の 2 通りです。

2 ビットで表現できるビットパターンは、
00 、 01 、 10 、 11 の 4 通り です。

3 ビットで表現できるビットパターンは、
000 、 001 、 010 、 011 、 100 、 101 、 110 、 111 の 8 通りです。

1 ビット で 2 通り、 2 ビット で 4 通り、 3 ビット で 8 通りなのですから、 1 ビット増えるごとに、表現できるビットパターンが 2 倍になります。

これまでのビットパターンにもう 1 ビット 増やしたら、増やした部分を 0 にしたビットパターンと、 1 にしたビットパターンが作れるので、 2 倍になって当然です。

以下の図を見て「1 ビット増えるごとに、表現できるビットパターンが 2 倍になる」ということを覚えてください。

それでは、問題を見てみましょう。

32 ビットは、 24 ビットと比べて、 32 – 24 = 8 ビット多いです。 8 ビット多いと何倍になるか、指折り数えてみましょう。

「 2 倍」
「 4 倍」
「 8 倍」
「 16 倍」
「 32 倍」
「 64 倍」
「 128 倍」
「 256 倍」

ですから、 256 倍になります。 したがって、正解は、選択肢エです。

解答エ

searchタグで関連記事をチェック2 のべき乗

厳選問題looks_4A / D 変換に関する 3 つの用語をまとめて覚えよう

自然界にあるアナログデータを、コンピュータで処理できるディジタルデータに変換することを「 A / D 変換（ Analog / Digital 変換）」と呼びます。

基本情報技術者試験によく出る A / D 変換は、音声のアナログデータをディジタルデータに変換することなので、それをイメージするとよいでしょう。

この問題は、 A / D 変換で行われる「標本化」「符号化」「量子化」が、どの順番で行われるかを問うものです。 こういうことは、腕を組んで考えてわかることではありません。 説明を読んで覚えることです。

最初に行われるのは「標本化」です。

日本人が「標本」と聞くと、昆虫採集を思い浮かべるかもしれませんが、これは「サンプリング（ sampling ）」という英語を日本語に直訳したものです。

標本化は、アナログのデータを一定時間間隔でぶち切れのデータとして記録することです。 記録することを「標本化」と呼んでいるのです。

次に行われるのは「量子化（ quantization ）」です。

これは、標本化されたデータを、基準となる数値（これが量子です）の整数倍に置き換えることです。 たとえば、 1 を量子とすれば、その整数倍の 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 ・・・にします。

この場合には、たとえば、標本化された 6.5 は 7 に、 5.3 は 5 に量子化するのが適切でしょう。 ここでは、四捨五入して整数にしています。

最後に行われるのは、「符号化（ coding ）」です。

これは、量子化されたデータを、あらかじめ決めておいた形式の 2 進数のデータ（ 2 進数の符号）にすることです。 たとえば、8 ビットにすると決めておいたなら、量子化された 7 は 00000111 に符号化され、 5 は 00000101 に符号化されます。

符号とは、コンピュータで処理できる 2 進数のデータを意味しています。

以上のことから、 A / D 変換の手順は、「標本化」→「量子化」→「符号化」です。

したがって、選択肢アが正解です。

解答ア

searchタグで関連記事をチェック音声サンプリング

厳選問題looks_5とにかくよく出る FIFO 、 LRU 、 LFU の意味をしっかり覚えよう

この問題を見て「キター！」と思いました。 仮想記憶のページングアルゴリズムである FIFO 、 LRU 、 LFU は、とにかくよく出る問題だからです。

これらは、実メモリ（主記憶）が一杯になったときに、今後使われる可能性が低いページ（記憶領域を固定的なサイズで区切った部分）を、仮想メモリ（補助記憶装置）に追い出すときのアルゴリズムです。

アルゴリズムといっても、処理の手順ではなく、今後使われる可能性が低いページを決める方法のことです。

FIFO 、 LRU 、 LFU は、どれかが優れているというわけではなく、どれもごもっともな方法です。 どれが効果的なのかは、状況次第でしょう。 それぞれの用語が、何の略なのかを知り、それを日本語に直訳して意味を覚えてください。

FIFO

First In First Out の略で、「先に入ったものを先に出す」という意味です。

先に実メモリに入ったページは古いのですから、今後使われる可能性が低いと判断するのです。 ごもっともな方法です。

LRU

Recently Used の略で、「最近使っていない」という意味です。

最後に使ってから最も時間が経過しているページは、今後使われる可能性が低いと判断するのです。 これも、ごもっともな方法です。 Least は、 Little の最上級で「最も～でない」を意味します。 Recently は、「最近」という意味です。

LFU

Least Frequently Used の略で、「頻繁に使っていない」という意味です。

使われた回数が少ないページは、今後使われる可能性が低いと判断するのです。 これも、ごもっともな方法です。 Frequently は、「頻繁に」という意味です。

それでは、問題を見てみましょう。 LRU の判断基準を選ぶのですから「最後に使われた時間」です。

したがって、選択肢アの「最後に参照した時刻」が正解です。

解答ア

info_outlineFIFO / LRU / LFU に関する詳しい記事

基本情報でわかる FIFO LFU LRU 「略語の意味がわかればわかる」

記事をお読みいただきありがとうございます。

もしも、一度解いただけでは、よくわからない問題があったなら、わかるまで何度でも練習してください。 「やるべき問題」は「わかるまでやるべき問題」だからです。

この厳選問題大全集が、受験者の皆様のお役に立てば幸いです。

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