ITパスポート 完全攻略③|テクノロジ系基礎【基数変換・メモリ階層・RAID・ネットワーク・DB/SQL】

ITパスポート対策の第3回です。「テクノロジ系」の中でも合否を分ける基礎理論・ハードウェア・ネットワーク・データベースを扱います。テクノロジ系は約45問出題される最重要分野です。

基数変換(確実に得点するテクニック)

10進数→2進数(すだれ算):商が0になるまで2で割り続け、余りを下から上に読む。例:10進数「25」→2)25余り1、2)12余り0、2)6余り0、2)3余り1、2)1余り1 → 答え:11001(2進数)

2進数→10進数:1011=1×2³+0×2²+1×2¹+1×2⁰=8+0+2+1=11

補助単位:大きい方はK(10³)→M(10⁶)→G(10⁹)→T(10¹²)→P(10¹⁵)。小さい方はm(10⁻³)→μ(10⁻⁶)→n(10⁻⁹)→p(10⁻¹²)

論理演算(真理値表)

AND(論理積):両方「1」のときだけ「1」。OR(論理和):どちらか一方でも「1」なら「1」。XOR(排他的論理和):2つの値が「異なるとき」だけ「1」。NOT(否定):反転する。

メモリの階層構造とRAM/ROM

アクセス速度が速い順:レジスタ(CPU内部)>キャッシュメモリ(SRAM)>主記憶(DRAM)>補助記憶(SSD/HDD)

  • RAM(随時読み書き・揮発性):DRAM(主記憶に使用、安価、リフレッシュ必要)、SRAM(キャッシュに使用、高速、高価)
  • ROM(読み出し専用・不揮発性):フラッシュメモリ(SSDやUSBメモリ、SDカードに利用)

RAID(磁気ディスクの冗長化)

RAID方式特徴
RAID 0ストライピング複数ディスクに分散記録。高速化するが耐障害性なし(1台壊れると全損)
RAID 1ミラーリング同一データを2台に二重書き。耐障害性高、容量利用率は半分
RAID 5パリティ分散データとパリティを分散記録。最低3台必要。1台壊れても復旧可能
図解:RAIDの種類
RAID の 主な種類RAID 0A1A2ストライピング:速い・冗長性なしRAID 1AAミラーリング:同じデータを2台にRAID 5A1A2Pパリティを分散:1台故障まで復旧RAID 5 の容量 =(台数 − 1)台分 / RAID 1 は 半分

ネットワーク技術

  • IPv4:32ビット(約43億個、枯渇問題)。IPv6:128ビット(実質無限)
  • MACアドレス:LANカードごとに割り当てられた固有識別番号(48ビット)
  • DNS:ドメイン名とIPアドレスを相互変換(名前解決)
  • DHCP:端末にIPアドレスを自動的に割り当てる仕組み
  • NAT/NAPT:プライベートIPとグローバルIPを変換する技術
  • VPN:公衆回線上に暗号化技術で仮想的な専用線を構築
  • HTTPS:SSL/TLSで通信を暗号化(ポート番号443)

サブネットマスクとネットワークアドレス計算

IPアドレスは「ネットワーク部」と「ホスト部」で構成されます。

演習:IPアドレス192.168.10.65、サブネットマスク255.255.255.192のネットワークアドレスは?
サブネットマスク192=2進数11000000、IPアドレス65=2進数01000001。論理積(AND)をとると01000000=10進数64。よってネットワークアドレスは192.168.10.64。

CIDR表記:255.255.255.0は2進数で1が24個並ぶため「/24」と表記。

データベースとSQL

  • 主キー(Primary Key):レコードを一意に識別できる列。重複不可・NULL不可
  • 外部キー(Foreign Key):他の表の主キーを参照している列。表と表を結びつける

基本SQL文法:SELECT 列名(射影) FROM テーブル名 WHERE 条件(選択) ORDER BY 列名 DESC(並び替え)

演習(テーブル結合):社員テーブルと部署テーブルを結合して「東京支社」所属社員を抽出する場合、共通のキー(部署コード)で結合するにはINNER JOINを用い、WHERE句には部署テーブルの支社名を指定する。

データベースの正規化

非正規形(1つのセルに複数データが繰り返す状態)から段階的に整理:

  1. 第1正規化:繰り返しの排除(1マスに1つの値にする)
  2. 第2正規化:主キーの一部に依存する項目(部分関数従属)を別表に分離
  3. 第3正規化:主キー以外の項目に依存する項目(推移的関数従属)を別表に分離

結果、テーブル間の整合性が保たれ、更新・削除時のデータ不整合を防止できる。

データ構造:スタックとキュー

  • スタック(LIFO・後入れ先出し):Push(入れる)/Pop(取り出す)。例:ブラウザの「戻る」履歴、関数呼び出し履歴
  • キュー(FIFO・先入れ先出し):Enqueue(入れる)/Dequeue(取り出す)。例:プリンタの印刷待ち行列

2分探索木:各ノードで「左の子<親<右の子」の大小関係が常に成り立つ木構造。探索が高速。

図解:スタックとキュー
スタックと キューCBApushpopスタック:後入れ先出し(LIFO)ABCenqueuedequeueキュー:先入れ先出し(FIFO)関数呼出し・元に戻す → スタック / 印刷待ち・処理待ち → キュー

探索・整列アルゴリズム

  • 線形探索法:先頭から順番に探す。平均比較回数=(N+1)/2
  • 2分探索法:データが整列済みであることが前提。最大比較回数≒log₂N回(1,000個でも約10回)
  • ハッシュ探索法:ハッシュ関数で格納位置を直接計算。理論上O(1)の高速性

ソート:バブルソート(隣接要素の比較交換)/選択ソート(最小値を探し先頭と交換)/挿入ソート(整列済み部分の正しい位置に挿入)/クイックソート(ピボットで二分し再帰的に処理、平均最速)

OSとメモリ管理

仮想記憶:補助記憶の一部を主記憶に見立ててメモリ容量を拡大する仕組み。ページング方式は固定長の「ページ」単位で管理。

スラッシング:主記憶容量が著しく不足時、ページの出し入れが頻発しCPUが入出力処理に追われ処理が極端に遅くなる現象。対策は主記憶の増設。

次回は「情報セキュリティ・最新技術」編で、CIA、暗号化技術、サイバー攻撃手法、生成AI・機械学習の基礎を扱います。

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