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基本情報技術者試験 · 学習ガイド

2009年度 秋期 午後の問題・解答解説

旧制度の午前・午後と、2023年度以降の科目A・科目Bの公開問題を区別しています。現在の試験対策では現行シラバスと科目Bの形式を確認してください。公開問題は本試験の全出題を網羅する資料ではありません。

2009年度 秋期 午後の概要
30:00

問題番号から選ぶ

半加算器と全加算器の論理回路と補数加算

ハードウェア · 半加算器 / 全加算器 / 2の補数 / 論理回路

半加算器と全加算器に関する問題である。表1(半加算器の真理値表)および表2(全加算器の真理値表)を基に、以下の問いに答えよ。 〔設問1〕半加算器を実現する図1の論理回路において、aに入れる正しい論理ゲートを解答群から選べ。 〔設問2〕半加算器を2段接続して全加算器を実現する図2の論理回路および表3(Cin, X, YとC1, C2の関係)について、bおよびcに入れる正しい答えをそれぞれ選べ。 〔設問3〕2の補数表現による4ビット符号付2進整数A(A4A3A2A1)とB(B4B3B2B1)を半加算器と全加算器を組み合わせて加算する(図3)。A = -1、B = -2(10進数)を与えたときの各桁のけた上がりC1〜C4の値の組合せとして正しいものを解答群から選べ。

ア
設問1: AND / 設問2(b): AND / 設問2(c): C1=0, C2=0 / 設問3: C1=0, C2=1, C3=0, C4=0
イ
設問1: NAND / 設問2(b): NAND / 設問2(c): C1=0, C2=1 / 設問3: C1=0, C2=1, C3=0, C4=1
ウ
設問1: NOR / 設問2(b): NOR / 設問2(c): C1=1, C2=0 / 設問3: C1=0, C2=1, C3=1, C4=0
エ
設問1: OR / 設問2(b): OR / 設問2(c): C1=1, C2=1 / 設問3: C1=0, C2=1, C3=1, C4=1
オ
設問1: XOR / 設問3: C1=1, C2=0, C3=0, C4=0
カ
設問3: C1=1, C2=0, C3=0, C4=1
キ
設問3: C1=1, C2=0, C3=1, C4=0
ク
設問3: C1=1, C2=0, C3=1, C4=1
解答・解説を表示

解答

設問1 a: オ, 設問2 b: エ, 設問2 c: ウ, 設問3: エ

解説

まず要点:半加算器は2つの数を足して「和」と「けた上がり」を出す回路で、全加算器は下からのけた上がりも含めて3つを足します。 半加算器の和はXOR(2つが違うときだけ1になる演算)、けた上がりはAND(2つとも1のときだけ1になる演算)で求めます。 半加算器を2段に組み合わせた全加算器では、2つのけた上がりのどちらかが出たら1になるので、最後はOR(どちらかが1なら1)でまとめます。

解き方

  1. 半加算器の真理値表から和Zの式を求め、それに合う論理素子XORを見つける。
  2. 半加算器を2段つないだときの内部の信号C1とC2の値を求め、全けた上がりCを出すゲートORを決める。
  3. 10進数の-1と-2を2の補数表現(1111と1110)に直し、下の桁から順に各全加算器のけた上がりを追う。

小問ごとの答え

小問 設問1 a:オ
表1の和Zの出力を見ると、(X,Y)=(0,0)で0、(0,1)で1、(1,0)で1、(1,1)で0となっており、排他的論理和(XOR)と完全に一致します。
小問 設問2 b:エ
表3よりC1とC2が同時に1になることはなく、全加算器のけた上がりCはC1とC2のいずれかが1のときに1となるため、論理和(OR)となります。
小問 設問2 c:ウ
Cin=1, X=1, Y=1のとき、半加算器1はXとYを加算してけた上がりC1=1、和0を出力します。半加算器2はその和0とCin=1を加算するので、けた上がりC2=0となります。
小問 設問3:エ
4ビット2の補数で-1は1111(2)、-2は1110(2)です。最下位から加算すると、第1桁は1+0でS1=1, C1=0。第2桁は1+1+0でS2=0, C2=1。第3桁は1+1+1でS3=1, C3=1。第4桁は1+1+1でS4=1, C4=1となります。

覚えるポイント

  • 半加算器の和はXOR、桁上がりはANDで構成される。
  • 4ビット2の補数は、正の数のビット反転に1を加えることで得られる。

間違えやすいところ

  • 全加算器の2つ半加算器のけた上がりが同時に1にはならない点を見落とし、Cのまとめ方を間違える。
  • 負の数の2進数表現を2の補数ではなく符号絶対値表現と取り違えて足し算してしまう。

出題の前提:基本情報技術者試験 2009年度秋期午後 問1の出題条件による。

出典:IPA『2009年度 秋期 午後』
公式問題冊子 p.6 ↗(www.ipa.go.jp) / 公式問題冊子 p.7 ↗(www.ipa.go.jp) / 公式問題冊子 p.8 ↗(www.ipa.go.jp) / 公式問題冊子 p.9 ↗(www.ipa.go.jp)

2009年度 秋期 午後

参照した公式資料

IPAが公開した2009年度 秋期 午後の問題・解答資料です。