【ITパスポート練習問題 6.3対応】(2) プロセッサの基本的な仕組み

【解説】

正解: 2 プログラム命令の解釈と実行

この問題は、CPUがコンピュータの中で担う中核的な役割を理解しているかを確認するものです。記憶装置や他の専用プロセッサと比べたときに、CPUが何をする装置なのかを区別できるかが問われています。

CPUは与えられたプログラムの命令を取り出し、解釈し、実行する処理装置です。計算や判断、各部品への指示出しを行い、コンピュータ全体の動作を成立させているため、正解は「プログラム命令の解釈と実行」になります。

選択肢1の「データの永久保存」は補助記憶装置や不揮発性メモリの役割で、CPUの仕事ではありません。選択肢3の「グラフィック処理の最適化」は主にGPUが担当する領域であり、CPUの主要な役割とは異なります。

【解説】

正解: 3 GPU

この問題は、CPUを構成する基本要素を理解しているかを問うものです。CPU内部の機能ブロックと、CPUとは別に存在する専用プロセッサを区別できるかがポイントになります。

CPUは大きく演算装置と制御装置から構成されます。演算装置は四則演算や論理演算などの計算を行い、制御装置は命令の解釈や各装置への制御信号の送出を担当します。そのため、GPUはCPUの構成要素ではなく別の装置なので正解になります。

選択肢1の演算装置と選択肢2の制御装置はいずれもCPUの中核部分です。これらがそろって初めて命令を実行する仕組みが成立するため、構成要素でないとは言えません。

【解説】

正解: 1 クロック周波数

この問題は、CPUの性能を左右する代表的な指標を理解しているかを確認するものです。処理速度に関係する要素と、全く別の装置の性能指標を混同していないかが問われています。

クロック周波数はCPUが動作するテンポを示す値で、一般に周波数が高いほど多くの処理を短時間で行いやすくなります。コア数や命令実行効率など他の要素もありますが、クロック周波数は性能に直接影響する基本的な要因です。

選択肢2のハードディスク容量は保存できるデータ量の指標であり、CPUの処理能力とは別物です。選択肢3のディスプレイ解像度も表示装置の性能を示すもので、CPUそのものの性能を決める要因ではありません。

【解説】

正解: 2 同時に複数のタスクを効率的に処理できる

この問題は、マルチコア化が何を目的とした技術かを理解しているかを確認するものです。コアが増えることでコンピュータの使い勝手や処理の進め方がどう変わるかを押さえているかが問われています。

マルチコアプロセッサは、1つのCPUの中に複数の処理コアを持ち、それぞれが並行して命令を実行できます。これにより、複数のアプリケーション処理やOSのバックグラウンド処理を同時に進めやすくなり、全体として効率的な処理が可能になります。

選択肢1の電力消費削減は設計次第で期待できる場合もありますが、マルチコアの主目的は同時並行処理の強化であって必然的な利点ではありません。選択肢3のデータの自動バックアップはソフトウェアやストレージの機能であり、マルチコアの直接的な利点とは言えません。

【解説】

正解: 2 同時に複数のスレッドを処理できるようになる

この問題は、マルチコア化がソフトウェアの実行形態に与える効果を理解しているかを問うものです。並列処理と性能向上の関係を正しく捉えられているかがポイントです。

マルチコアでは複数のコアが独立して動作できるため、複数のスレッドを同時に実行できます。マルチスレッド対応のソフトウェアであれば、処理を分割して複数コアに割り当てることで、全体の処理が効率化します。

選択肢1の「全てのケースで2倍になる」は誤りです。並列化できない処理や分割のオーバーヘッドがあるため、常に単純に倍速になるわけではありません。選択肢3のデータ転送速度はバスやメモリの性能に依存し、マルチコア化だけで直接2倍になるものではありません。

【解説】

正解: 2 単一スレッドでの処理が優先される

この問題は、マルチコアの効果が発揮される条件を理解しているかを確認するものです。ハードウェアだけでなくソフトウェア側の前提が重要であることを押さえているかが問われています。

マルチコアの利点を活かすには、処理を複数スレッドに分割して同時実行できることが必要です。ソフトウェアがマルチスレッドに対応し、複数タスクを並行処理する状況でこそ性能向上が期待できます。

選択肢2のように単一スレッド処理が優先される場合、実行が1コアに偏りやすく、他のコアを十分活用できません。そのためマルチコアが有効に機能する条件としては不適切です。選択肢1と3はマルチコアの効果を引き出す前提として適切です。

【解説】

正解: 2 グラフィック処理の高速化

この問題は、GPUがどのような目的で搭載される装置かを理解しているかを問うものです。CPUとの役割分担をイメージできているかがポイントになります。

GPUは画像や映像などのグラフィック処理を高速に行うために設計されたプロセッサです。大量の画素計算や3D描画など、並列計算が多い処理を得意とするため、グラフィック処理の高速化が主な役割です。

選択肢1のテキスト処理や選択肢3のファイル圧縮解凍は一般にCPUが担う処理であり、GPUの本来の役割ではありません。GPUは汎用処理よりもグラフィックや並列計算に特化した装置です。

【解説】

正解: 1 3Dグラフィックスのレンダリング

この問題は、GPUが特に力を発揮する具体的な用途を理解しているかを確認するものです。グラフィック専用プロセッサが必要とされる場面を選び分けられるかが問われています。

GPUは多数の計算を同時に処理する並列性を活かして、3Dグラフィックスのレンダリングや映像のリアルタイム描画を高速に行います。そのため、3D描画のような大量の画素・頂点計算が必要な用途で最も効果を発揮します。

選択肢2の文書編集や選択肢3のオーディオ再生は、計算が比較的軽く逐次処理中心であるためCPUで十分対応できます。GPUが主役になる処理とは性質が異なります。

【解説】

正解: 1 画像処理やAIの計算

この問題は、GPUの並列処理能力がどのようなタイプの計算で活用されるかを理解しているかを問うものです。GPUが得意な計算パターンをイメージできるかがポイントです。

GPUは多数の演算器を持ち、同種の計算を一斉に実行する並列処理に優れています。画像処理では画素ごとの計算を大量に行うため、GPUの並列性が効果的に働きます。AIの学習や推論も行列演算などの反復計算が中心で、GPUによる高速化が期待できます。

選択肢2の文字入力の高速化は入力装置やOSの処理に依存し、GPUの並列演算を活かす場面ではありません。選択肢3のコンパイルは複雑な逐次処理が多く、一般的にはCPUが担当します。

【解説】

正解: 2 汎用計算の高速化

この問題は、GPGPUという概念が何を狙った技術かを理解しているかを確認するものです。GPUをグラフィック以外に使う意味を正しく捉えているかが問われています。

GPGPUはGPUの高い並列処理能力を、グラフィック以外の汎用的な計算に応用して高速化する技術です。大量の同一計算を繰り返す処理に対して、CPUより短時間で結果を出せる可能性があります。

選択肢1のテキスト処理の効率化はGPGPUの主目的ではなく、逐次処理主体のアプリケーションでは効果が限定的です。選択肢3のデータ圧縮の精度向上はアルゴリズムの設計問題であり、GPGPUの利点とは別の話です。

【解説】

正解: 1 単純な反復処理が多数ある場面

この問題は、GPGPUがどんな計算に向いているかを理解しているかを問うものです。並列化しやすい処理とそうでない処理の違いを意識できるかがポイントです。

GPGPUは同じ種類の計算を大量のデータに対して一斉に行うような、単純な反復処理が多い場面で特に効果を発揮します。例えば行列演算や粒子シミュレーションのように、計算の流れがそろっている処理はGPUに適しています。

選択肢2の高度なグラフィックデザインの作成はGPUの本来用途ではありますが、ここで問われているのは汎用計算としての適用場面です。選択肢3の逐次処理中心の場面では計算が並列化しにくく、GPGPUの強みが出にくいので不適切です。

【解説】

正解: 3 単純なテキスト編集

この問題は、GPGPUが効果を出せる分野と出せない分野を区別できるかを問うものです。並列計算が必要かどうかという観点で判断できるかがポイントになります。

GPGPUは物理シミュレーションやAIモデルのトレーニングのように、大量のデータに対して同種の計算を並列に行う分野で有効です。これらはGPUの並列処理能力と相性がよく、高速化の効果が大きくなります。

一方、単純なテキスト編集は逐次的で軽い処理が中心で、並列演算の必要性がほとんどありません。CPUで十分に処理できるため、GPGPUの適用分野としては不適切です。

【解説】

正解: 1 CPUが1秒間に処理する命令の回数

この問題は、クロック周波数という基本用語の意味を正しく理解しているかを問うものです。CPUの動作速度を表す指標が何を示しているかを誤解していないかが確認されています。

クロック周波数はCPU内部の同期信号の速さで、1秒間に何回クロックが刻まれるかを表します。一般的にはクロックが速いほど、単位時間あたりに進められる処理が増えやすいので、命令処理の目安として理解されます。

選択肢2の「同時に処理できるタスクの数」は主にコア数やスレッド数に関係する概念です。選択肢3の「メモリのデータ転送速度」はメモリ規格やバス幅などの指標であり、クロック周波数の意味とは異なります。

【解説】

正解: 2 CPUの処理速度が速くなる

この問題は、クロック周波数の増加が性能にどう影響するかという一般的な関係を理解しているかを問うものです。周波数という指標の解釈を正しくできているかがポイントです。

クロック周波数が高いほどCPUの動作テンポが速くなり、同じ設計なら単位時間に実行できる処理量が増えるため、一般的には処理速度の向上が期待されます。もちろん実際の性能は命令効率やコア数にも左右されますが、基本的な傾向としては正しい説明です。

選択肢1の「低速になる」は逆の内容で誤りです。選択肢3の「メモリの消費量が減少する」は処理速度とは性質が違い、クロック周波数の高さから直接導かれる効果ではありません。

【解説】

正解: 1 電力消費の増加

この問題は、クロック周波数を高めることのデメリットやリスクを理解しているかを問うものです。性能向上とトレードオフになる要因を把握できているかがポイントになります。

クロック周波数を上げると、CPUはより高い速度で動作するため、一般に電力消費が増えやすく、発熱も大きくなります。このため冷却や省電力設計が重要な課題になります。

選択肢2のストレージ容量の減少や選択肢3のグラフィック品質の低下は、CPUのクロック周波数と直接関係する事象ではありません。クロック周波数の向上で主に問題になるのは電力と発熱です。