コンピュータシステム β版

この章しょうで学まなぶこと

テクノロジ系けい 45 問もんのうち、この章しょうは **6〜8 問もん**ほどの出題しゅつだいがあります。「CPU のコア数すうって何なに？」「SSD と HDD はどっちを選えらぶべき？」「RAID って何なにが違ちがうの？」「稼働かどう率りつって何なん% あればいいの？」「クラウドの IaaS / PaaS / SaaS って何なにが違ちがう？」といった、コンピュータを動うごかすハードとシステムの仕組しくみを扱あつかう章しょうです。

この章しょうのキーワードは「速度そくどと容量ようりょうのトレードオフ」と「冗長じょうちょう化か（二重化にじゅうか）」。メモリ階層かいそうも RAID も並列へいれつ稼働かどうも、すべて「速はやさを取とるか、確実かくじつさを取とるか、コストを取とるか」のバランス設計せっけいの話はなし。試験しけんでは**数値すうち比較ひかくや計算けいさん問題もんだい**（稼働かどう率りつ）も出でるので、概念がいねんだけでなく式しきも押おさえる必要ひつようがあります。

学習がくしゅうゴール

この章しょうを読よみ終おえた時点じてんで、以下いかができるようになっていることを目指めざします。

• コンピュータの 5 大だい装置そうち（入力にゅうりょく・出力しゅつりょく・記憶きおく・制御せいぎょ・演算えんざん）の役割やくわりを判別はんべつできる
• CPU・GPU・GPGPU の違ちがいを判別はんべつして、用途ようとに応おうじた選定せんていができる
• メモリ階層かいそう（レジスタ・キャッシュ・主しゅ記憶きおく・補助ほじょ記憶きおく）の速度そくどと容量ようりょうの関係かんけいを使つかいこなせる
• RAID 0/1/5/6 の違ちがいを判別はんべつして、要件ようけんに応おうじた方式ほうしきを選定せんていできる
• 稼働かどう率りつ・MTBF・MTTR を判別はんべつして、直列ちょくれつ・並列へいれつ構成こうせいの稼働かどう率りつを計算けいさんできる
• IaaS / PaaS / SaaS の責任せきにん分界ぶんかい（事業じぎょう者しゃと利用りよう者しゃの範囲はんい）を判別はんべつできる

試験しけんでは: 「計算けいさん」と「判別はんべつ」が 2 大だいテーマ。稼働かどう率りつの直列ちょくれつ・並列へいれつ計算けいさんは毎年まいとし必出で。RAID の違ちがい、クラウドの提供ていきょう範囲はんい、メモリ階層かいそうの順序じゅんじょはそれぞれ複数ふくすう問もん出でます。

1. コンピュータ構成こうせい要素ようそ

コンピュータの**物理ぶつり的てきな中身なかみを構成こうせいする要素ようそを見みていきます。CPU・メモリ・ストレージ・入出力にゅうしゅつりょく機器ききは、どれも速度そくど・容量ようりょう・コストの三角形さんかっけいでバランスが取とられていて、最適さいてきな組くみ合あわせが使用しよう目的もくてきによって変かわります。ここでは選えらび方かたの基準きじゅんと仕組しくみの基本きほん**を押おさえます。

1.1 コンピュータの 5 大だい装置そうち

制御せいぎょ装置そうちと演算えんざん装置そうちを合あわせて CPU（Central Processing Unit、中央ちゅうおう処理しょり装置そうち）と呼よびます。

1.2 プロセッサ（CPU）

CPU（Central Processing Unit、中央ちゅうおう処理しょり装置そうち）はコンピュータの**頭脳ずのう。命令めいれいを解釈かいしゃくし、計算けいさんし、結果けっかをメモリに書かき戻もどす一連いちれんの動作どうさを1 秒びょう間かんに数すう十じゅう億おく回かい繰くり返かえしています。PC を買かうとき 「Core i5 / i7、3.0 GHz、8 コア」 と書かかれているのは、それぞれCPU の世代せだい・クロック周波数しゅうはすう・コア数すうを表あらわします。試験しけんでは用語ようごの意味いみとCPU・GPU・GPGPU の使つかい分わけ**が頻出ひんしゅつです。

主要しゅよう用語ようご

CPU の種類しゅるい

処理しょりの種類しゅるいに応おうじて最適さいてきなプロセッサは違ちがいます。汎用はんよう計算けいさんには CPU、画像がぞう処理しょりや並列へいれつ計算けいさんには GPU、AI 学習がくしゅうには GPGPU。家電かでんや IoT には小型こがたの マイコン、特殊とくしゅ用途ようとには ASIC / FPGA と、用途ようと特とく化か型がたのプロセッサが広ひろがっています。

引ひっかけ: GPU と GPGPU の違ちがい。GPU は本来ほんらい画像がぞう処理しょり用ようだが、**数すう千せんコアの並列へいれつ計算けいさん能力のうりょく**を汎用はんよう計算けいさん（AI 学習がくしゅう・科学かがくシミュレーション）に転用てんようしたのが GPGPU。つまり「ハードウェアは同おなじ、用途ようとが違ちがう」のが正解せいかい。

1.3 メモリ

メモリの階層かいそう

CPU は計算けいさんするだけでデータを保持ほじしません。そのデータをどこに置おくかで速度そくど・容量ようりょう・価格かかくのトレードオフが発生はっせいし、これを段階だんかい的てきに組くみ合あわせたのが「メモリ階層かいそう」です。

• 上じょうほど速はやいが容量ようりょうが小ちいさく単価たんかが高たかい（レジスタ・キャッシュ）
• 下かほど遅おそいが容量ようりょうが大おおきく単価たんかが安やすい（メインメモリ・補助ほじょ記憶きおく）
• 上うえの層そうで頻繁ひんぱんに使つかうデータをキャッシュし、下したの層そうで大量たいりょうデータを保管ほかんする、という分担ぶんたんで全体ぜんたい性能せいのうを出だします

ポイント: 上うえほど 速はやいが小ちいさく高価こうか、下したほど 大おおきいが遅おそく安価あんか。CPU は上うえの層そうを頻繁ひんぱんに参照さんしょうし、下したの層そうには大量たいりょうデータを置おく分担ぶんたんで全体ぜんたい性能せいのうを出だす。

ポイント: 「速度そくどと容量ようりょうはトレードオフ」が階層かいそうの本質ほんしつ。CPU に近ちかいほど速はやくて小ちいさく、遠とおいほど大おおきくて遅おそい。

メモリの種類しゅるい

DRAM の規格きかく

DDR3 SDRAM → DDR4 → DDR5（新あたらしいほど高速こうそく）。物理ぶつり的てきな形状けいじょうとして DIMM（デスクトップ）、SO-DIMM（ノート）があります。

1.4 補助ほじょ記憶きおく装置そうち（ストレージ）

RAID（ディスクアレイ）

複数ふくすうのディスクを 1 つにまとめて、**性能せいのう（速はやさ）と信頼性しんらいせい（壊こわれにくさ）**を上あげる技術ぎじゅつです。代表だいひょう的てきな 3 方式ほうしきの動作どうさを押おさえます。

• ストライピング（RAID 0）: データを複数ふくすうディスクに分割ぶんかつして同時どうじ書かき込こみ。高速こうそくだが冗長じょうちょう性せいゼロ（1 台だい壊こわれたら全滅ぜんめつ）
• ミラーリング（RAID 1）: 同おなじデータを 2 台だいにコピー保存ほぞん。1 台だい壊こわれてももう 1 台たいで稼働かどう。容量ようりょう効率こうりつは半分はんぶん
• パリティ分散ぶんさん（RAID 5）: データに加くわえて「復元ふくげん用よう情報じょうほう（パリティ）」を分散ぶんさん保存ほぞん。**1 台うてなまでの故障こしょうから自動じどう復元ふくげん**できる。容量ようりょう効率こうりつも良よい

試験しけんでは: 「RAID 5 は何なん台だいまで故障こしょうに耐たえられるか」「RAID 1 は容量ようりょう効率こうりついくつか」が頻出ひんしゅつ。復元ふくげんできるのは 1 台うてなまで（RAID 6 は 2 台だい）と確実かくじつに覚おぼえる。

1.5 入出力にゅうしゅつりょくインタフェース

周辺しゅうへん機器ききと本体ほんたいをつなぐ規格きかくは、有線ゆうせん（USB・HDMI 等ひとし）と**無線むせん（Bluetooth・NFC 等ひとし）の 2 系統けいとうに分わかれます。近年きんねんは USB-C 1 本ほんで充電じゅうでん・映像えいぞう・データを賄まかなう時代じだいになり、規格きかくが大おおきく変かわりつつあります。試験しけんでは名称めいしょうと特徴とくちょうの対応たいおう**が問とわれます。

2. システム構成こうせい要素ようそ

コンピュータを単体たんたいで使つかうのではなく、複数ふくすう台だいを組くみ合あわせてシステムとして動うごかします。処理しょりをどう分担ぶんたんするか（集中しゅうちゅう・分散ぶんさん）、故障こしょうにどう備そなえるか（冗長じょうちょう化か）、クラウドをどう使つかうか（IaaS/PaaS/SaaS）——この節ふしは**実じつ運用うんようの現場げんばで最もっとも重要じゅうような設計せっけい判断はんだんを扱あつかいます。試験しけんでは特とくに冗長じょうちょう化か方式ほうしきの判別はんべつとクラウド形態けいたいの判別はんべつ**が頻出ひんしゅつです。

2.1 システムの構成こうせい方式ほうしき

システムの処理しょり形態けいたいは**中央ちゅうおう集権しゅうけん型がた vs 分散ぶんさん型がたで大別たいべつされます。昔むかしの銀行ぎんこうは1 台たいのホストコンピュータに全ぜん処理しょりを集約しゅうやくしていましたが、現在げんざいはサーバを分散ぶんさん配置はいちするクライアントサーバ型がた**が主流しゅりゅうです。さらに P2P では中央ちゅうおうサーバが不要ふよう、シンクライアントでは端末たんまつ側がわを最小さいしょう構成こうせいにする、などの派生はせい形がたがあります。

具体ぐたい例れい: 会社かいしゃのファイルサーバはクライアントサーバ型がた（社員しゃいん PC が要求ようきゅう、サーバが応答おうとう）、Zoom はハイブリッド（中央ちゅうおうサーバを通とおすが P2P に近ちかい通信つうしんも使つかう）、Bitcoin は純粋じゅんすいな P2P。

2.2 冗長じょうちょう化かと信頼しんらい性せい向上こうじょう

システム停止ていしは業務ぎょうむ停止ていしを意味いみし、1 分数ぶんすう百ひゃく万まん円えんの損失そんしつにつながる業務ぎょうむもあります。これを防ふせぐために冗長じょうちょう化か（二重化にじゅうか・複数ふくすう化か）を行おこない、1 台だい壊こわれても止とまらない構成こうせいを作つくります。「待機たいき系けいが常つねに動うごいているか」「切替きりかえ時間じかんがどれだけか」で方式ほうしきが分わかれます。

頻出ひんしゅつ: ホット（常時じょうじ稼働かどう）→ ウォーム（起動きどう済すみ）→ コールド（停止ていし）の順じゅんで切替きりかえ時間じかんが伸のび、コストが下さがる。銀行ぎんこうシステムはホット必須ひっす、災害さいがい対策たいさく用ようバックアップはコールドで十分じゅうぶん、のように**業務ぎょうむの重要じゅうよう度どで選えらぶ**。

2.3 仮想かそう化かとクラウド

仮想かそう化かは「1 台たいの物理ぶつりサーバの上うえに複数ふくすうの OS を動うごかす」技術ぎじゅつ。従来じゅうらい 10 台たい必要ひつようだったサーバを 1 台だいに集約しゅうやくでき、コスト・電力でんりょく・設置せっちスペースが大幅おおはば削減さくげんできます。近年きんねんはVM より軽量けいりょうなコンテナ（Docker）が主流しゅりゅうになり、**サーバの使つかい方かた**が抜本ばっぽん的てきに変かわりました。

引ひっかけ: VM と コンテナの違ちがい。VM は**OS ごと仮想かそう化かするので重おもいが分離ぶんりが強固きょうこ、コンテナはOS カーネルを共有きょうゆう**しアプリ単位たんいで分離ぶんりするので軽量けいりょう・起動きどうが速はやい。クラウドネイティブな現代げんだいのアプリはコンテナが主流しゅりゅう。

クラウドサービスの形態けいたい

クラウドサービスの本質ほんしつは「どこまでをクラウド事業じぎょう者しゃが用意よういしてくれて、どこから先さきを自分じぶんで管理かんりするか」の境界きょうかい線せん（責任せきにん分界ぶんかい）の違ちがいです。下したに行いくほど自分じぶんで管理かんりする範囲はんいが狭せまくなり、楽らくになります。

システム階層かいそう (アプリ → OS → ハードウェア)

アプリは直接ちょくせつハードウェアを触さわらず、OS のシステムコール経由けいゆでリソースを使つかう。OS はドライバを通とおしてハードウェアを操作そうさする。

タイムスライスによるマルチタスク

CPU 時間じかんを 10ms ごとに切きり替かえて並行へいこうに見みせる: [A][B][C][A][B][C][A][B] → 時間 →

CPU は瞬間しゅんかん瞬間しゅんかんでは 1 タスクだけ実行じっこうしているが、高速こうそくに切きり替かわるので並行へいこうに見みえる。

仮想かそう記憶きおく（スワップ）の仕組しくみ

使つかわれていないページをディスクに退避たいひすることで、物理ぶつりメモリ以上いじょうのデータを扱あつかえる。ディスクは RAM の 1000 倍ばい以上いじょう遅おそいので多発たはつすると性能せいのう低下ていか（スラッシング）。

ファイルシステムの階層かいそう構造こうぞう（ツリー）

/                  ← ルートディレクトリ
└── home
    ├── user
    │   └── docs
    │       └── a.txt
    └── user2
        └── memo.txt

/home/user/docs/a.txt は絶対ぜったいパス。現在げんざい位置いちが /home/user なら docs/a.txt は相対そうたいパス。隣となりの /home/user2/memo.txt への相対そうたいパスは ../user2/memo.txt。

凡例はんれい：濃こいオレンジ＝事業じぎょう者しゃが提供ていきょう、白しろ＝利用りよう者しゃが管理かんり。I → P → S の順じゅんで「事業じぎょう者しゃがより多おおく」提供ていきょうする範囲はんいが増ふえる。

覚おぼえ方かた: IaaS は Infrastructure（土台どだいだけ）、PaaS は Platform（開発かいはつ環境かんきょうまで）、SaaS は Software（完成かんせい品ひんアプリ）。「自由じゆう度ど↔楽らくさ」のトレードオフ。

2.4 システム評価ひょうか指標しひょう

システムの「どれだけ安定あんていしているか」「いくらかかるか」を数値すうちで測はかる指標しひょう。試験しけんでは特とくに**稼働かどう率りつ計算けいさん**が毎年まいとし必出でで、直列ちょくれつ・並列へいれつの違ちがいと計算けいさん式しきを理解りかいしていれば確実かくじつに得点とくてんできる領域りょういきです。

稼働かどう率りつ

稼働かどう率りつ = MTBF ÷ (MTBF + MTTR)

システムがどれだけの時間じかん動うごいているかを全体ぜんたいに対たいする割合わりあいで表あらわしたもの。「99.9%」は年間ねんかん停止ていし時間じかん約やく 8.76 時間じかん、「99.99%」は**約やく 52 分ぶん、「99.999%」は約やく 5 分ぶん。大だい規模きぼサービスでは小数点しょうすうてん以下いか 1 桁けたの違ちがいが年間ねんかん数すう時間じかんの停止ていし時間じかんの差さ**になります。

具体ぐたい例れい: 稼働かどう率りつ 99.9% のサーバは、MTBF = 1000 時間じかん、MTTR = 1 時間じかん、というような関係かんけい。**故障こしょうしにくさ（MTBF）と復旧ふっきゅうの速はやさ（MTTR）**の両方りょうほうが効きくので、片方かたほうだけ改善かいぜんしても効果こうかは半分はんぶん。

覚おぼえ方かた: MTBF の Between は「間かん」、MTTR の Repair は「修理しゅうり」。稼働かどう率りつは「動うごいている時間じかん ÷（動うごいている時間じかん + 止とまっている時間じかん）」。

直列ちょくれつ・並列へいれつシステムの稼働かどう率りつ

複数ふくすうの装置そうちを組くみ合あわせるとき、**「全部ぜんぶ動うごかないとダメ（直列ちょくれつ）」**か **「どれか 1 つ動うごけば OK（並列へいれつ）」**かで稼働かどう率りつの出だし方かたが違ちがいます。

• 直列ちょくれつ構成こうせい = AND: すべての装置そうちが動作どうさしている必要ひつようがある（1 台たいでも止とまれば全ぜん停止ていし）
• 並列へいれつ構成こうせい = OR: いずれか 1 台たいでも動作どうさしていればよい（冗長じょうちょう化か）

例れい: 稼働かどう率りつ 0.9 の装置そうち 2 台うてな

• 直列ちょくれつ: 0.9 × 0.9 = 0.81（信頼しんらい性せいが下さがる）
• 並列へいれつ: 1 − 0.1 × 0.1 = 0.99（信頼しんらい性せいが上あがる）

ポイント: 並列へいれつの式しきは「故障こしょう率りつの AND を 1 から引ひく」と覚おぼえる。両方りょうほうが同時どうじに故障こしょうする確率かくりつ（0.1 × 0.1 = 0.01）を稼働かどう率りつ全体ぜんたい（1）から引ひいて 0.99。

コスト指標しひょう

3. ハードウェア

コンピュータ本体ほんたいとその周辺しゅうへん機器ききの物理ぶつり装置そうち。**使用しよう目的もくてきに応おうじた種類しゅるい**があり、**PC・サーバ・組込くみこみ機器ききと性質せいしつが違ちがいます。ディスプレイ・プリンタ・入力にゅうりょく装置そうちは日常にちじょうで触ふれる機器きき**なので、用語ようごを覚おぼえるだけでなく「どこでどんな技術ぎじゅつが使つかわれているか」のイメージも持もっておくと試験しけんで迷まよいにくくなります。

3.1 コンピュータの種類しゅるい

コンピュータは**用途ようと・性能せいのう・形状けいじょうで分類ぶんるいされます。家庭かていや会社かいしゃで使つかう PC、業務ぎょうむ処理しょり専用せんようのサーバ、専門せんもん家か向むけのワークステーション、モバイル用途ようとのスマートデバイス、家電かでんに組くみ込こまれるマイコン——同おなじ「コンピュータ」でも用途ようとによって設計せっけいが大おおきく違ちがいます**。

3.2 ディスプレイ

映像えいぞうを表示ひょうじする装置そうち。昔むかしのブラウン管ぶらうんかん（CRT）は姿すがたを消けし、現在げんざいは**液晶えきしょう（LCD）と有機ゆうき EL（OLED）の 2 強つよ。それぞれ発光はっこう方式ほうしきが根本こんぽん的てきに違ちがい**、コストや画質がしつ特性とくせいに影響えいきょうします。スマホの有機ゆうき EL が「黒くろが締しまって見みえる」のは、黒くろい部分ぶぶんは発光はっこうしないためです。

3.3 プリンタ

紙かみに印刷いんさつする装置そうち。家庭かていはインクジェット（色しょく鮮あざやか・安価あんか）、業務ぎょうむはレーザ（高速こうそく・高画質こうがしつ）が定番ていばん。近年きんねんは3D プリンタで立体りったい造形ぞうけいも可能かのうになり、製造せいぞう業ぎょうや試作しさく品ひん作づくりに使つかわれています。試験しけんでは**方式ほうしき名めい → 特徴とくちょう**の対応たいおうが問とわれます。

3.4 入力にゅうりょく装置そうち

データを**人間にんげんからコンピュータに送おくり込こむ**装置そうち。キーボード・マウス以外いがいにも、紙かみの文書ぶんしょをデジタル化かするOCR、マークシートを読よみ取とるOMR、商品しょうひんコードを読よむバーコードリーダなどがあります。用途ようとに応おうじた専用せんようの入力にゅうりょく装置そうちがあるのが特徴とくちょうです。

引ひっかけ: OCR と OMR の違ちがい。OCR は文字もじ認識にんしき（名刺めいし・書類しょるいの文字もじをテキスト化か）、OMR はマーク認識にんしき（塗ぬりつぶされた位置いちを検出けんしゅつ）。マークシート試験しけんの採点さいてんは OMR。

📋 章しょう末まつまとめ

最さい重要じゅうようポイント 10 連発れんぱつ

1. 5 大だい装置そうち — 入力にゅうりょく・出力しゅつりょく・記憶きおく・制御せいぎょ・演算えんざん
2. CPU / GPU / GPGPU — 汎用はんよう・画像がぞう・並列へいれつ演算えんざん
3. RAM（揮発きはつ）と ROM（不揮発ふきはつ）
4. メモリ階層かいそう — レジスタ > キャッシュ > メイン > ストレージ
5. HDD vs SSD — 磁気じき vs フラッシュメモリ
6. RAID 0/1/5 — ストライピング・ミラー・パリティ分散ぶんさん
7. SaaS / PaaS / IaaS — 提供ていきょう範囲はんいの違ちがい
8. 稼働かどう率りつ = MTBF ÷ (MTBF + MTTR)
9. 直列ちょくれつ vs 並列へいれつ — 片方かたほう停止ていしで全ぜん停止ていし vs 両方りょうほう停止ていしで全ぜん停止ていし
10. TCO — 導入どうにゅう〜廃棄はいきの全ぜん所有しょゆうコスト

出題しゅつだい傾向けいこうのコツ

• 稼働かどう率りつ計算けいさんは必出で（直列ちょくれつと並列へいれつの公式こうしきを暗記あんき）
• RAID は 0・1・5 の特徴とくちょうを混同こんどうしない
• SaaS/PaaS/IaaS は「何なにまで提供ていきょうしてくれるか」で判定はんてい
• 用語ようごの英語えいご略称りゃくしょうは正式せいしき名称めいしょうとセットで

出典しゅってんシラバス: ITパスポート試験しけんシラバス Ver.6.5（2026年ねん1月つき・IPA公開こうかい）