基本情報技術者過去問題 平成26年秋期 午後問2

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問2 ハードウェア

JKフリップフロップに関する次の記述を読んで,設問1〜3に答えよ。

 JKフリップフロップは,二つの信号入力端子 J と K,一つのクロック信号入力端子 CLK,及び二つの信号出力端子 Q と Q をもつ回路である。図1にJKフリップフロップの記号を示す。
 入出力される信号の値は高,低の二つの電圧レベルのいずれかである。クロック信号の値は,周期的に高と低を繰り返す。Q の値は,Q の値が高であれば低,低であれば高となる。
 各入出力端子の信号の値を当該端子記号で表し,信号の値が高の場合を論理値の 1,低の場合を論理値の 0 として表記する。また,信号の値が低から高に変化することを 0→1,高から低に変化することを 1→0 と表記する。
 CLKの立ち下がり(1→0)時に,その時点でのJ,K,Qの値に基づき,その後のQの値が決定される。この様子を図2に示す。CLKの立ち下がり時刻をt1,その後のQの値が決定した時刻をt2として,時刻t1でのJ,K,Qの値(J1,K1,Q1と表記)と時刻t2のQの値(Q2と表記)の関係を表1の真理値表に示す。ここで,時刻t1とt2の時間間隔は極めて短く,CLKの1周期に比べても十分に短いものとする。

設問1

次の記述中の に入れる正しい答えを,解答群の中から選べ。

 図3に示すとおり,JとQ,KとQを それぞれ同一の値の信号とする回路(端子間を結線する)にクロック信号(CLK)を入力したとき,CLKの立ち下がりでQの値はa。ここで,Qの初期値は0とする。
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a に関する解答群
  • 0のままである
  • 0→1と変化する
  • 0→1,1→0と変化する
  • 0→1,1→0の変化を繰り返す

解答選択欄

  • a:

解答

  • a=

解説

Qの初期値が 0 で、Qは 1 です。なので、Qに結線されたJも0、Qに結線されたKの値は1になります。
pm02a.gif/image-size:116×83
表1にの真理値表を見ると、(J1, K1, Q1)=(0, 1, 0)の場合のQ2は 0 なので、Qは0のままで変化しません。
pm02b.gif/image-size:209×232
a=ア:0のままである

設問2

表1の真理値表を基に,Q1からQ2への変化に着目し,そのときのJ1,K1との関係を表2にまとめ直した。表2中の に入れる正しい答えを,解答群の中から選べ。
pm02_4.gif/image-size:234×169
b,c に関する解答群
  • pm02_5a.gif/image-size:94×27
  • pm02_5i.gif/image-size:93×28
  • pm02_5u.gif/image-size:94×28
  • pm02_5e.gif/image-size:93×28
  • pm02_5o.gif/image-size:93×29

解答選択欄

  • b:
  • c:

解答

  • b=
  • c=

解説

表1の真理値表を「0→0」「1→0」「0→1」「1→1」というQの4つの状態ごとにグループ化すると次のようになります。
pm02c.gif/image-size:451×187
それぞれのグループで共通しているビットは以下の部分です。
pm02d.gif/image-size:451×187
上位の図から「0→0」になる場合は「J1が0、K1が任意」、「1→1」になる場合は「Jが任意、Kが1」のときとわかります。

b=ア,c=エ

設問3

JKフリップフロップ1個を使って,図4のように動作する2進カウンタを構成する。ここで,2進カウンタとは,CLKの1周期ごとにQの値が変化するものである。次の記述中の 入れる正しい答えを,解答群の中から選べ。
pm02_6.gif/image-size:429×168
 図4の例では,Qの値は,1回目のCLKの立ち下がりで0→1,2回目のCLKの 立ち下がりで1→0に変化し,以降もCLKの立ち下がりごとにこれを繰り返す。
 表2から,1回目のCLKの立ち下がりのときのJ,K,Qの値の組合せと,2回目のCLKの立ち下がりのときのJ,K,Qの値の組合せが,表3のようであればよいことが分かる。
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 例えば,表3の任意Jの値を0,任意Kの値を1にするためには,QをJの入力に,Kの入力の値を常に1にすればよい。(以下,(J,K)=(Q,1)と 表記する)この構成例を図5に示す。
pm02_8.gif/image-size:157×96
 同様に,表3の任意Jと任意Kを組み合わせると,他の構成案として次の三つがある。

 2進カウンタ構成案1  (J,K)=(d)
 2進カウンタ構成案2  (J,K)=(e)
 2進カウンタ構成案3  (J,K)=(f)
d,e,f に関する解答群
  • 1,1
  • 1,Q
  • 1,Q
  • Q,1
  • Q,Q
  • Q,Q

解答選択欄

  • d:
  • e:
  • f:

解答

  • d=
  • e=
  • f=
※dとeとfは順不同

解説

表3 CLKの立ち下がりのときのJ,K,Qの組合せを満たすためには、1回目のCLK立ち下がり時にJ=1,2回目のCLK立ち下がり時にはK=1であることが求められます。

各選択肢の(J,K)を設定した場合に、それぞれのCLK立ち下がり時のビットの状態をまとめると次のようになります。
pm02e.gif/image-size:452×338
組合せのうち表3の条件を満たすものは「ア」「イ」「カ」の3つとわかります。

∴ア,イ,カ

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