(ア) 絶対値表示方式: MSBを符号ビット(0=正,1=負)、残り7ビットで絶対値を表す。
令和6年度 上期 第三種電気主任技術者 機械 問18(b)
問17及び問18は選択問題であり、問17又は問18のどちらかを選んで解答すること。両方解答すると採点されません。
数の表現法について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
8ビットの固定長で、正負のある2進法の数値を表現する場合、次のような①及び②で示す方式がある。また、D-Aコンバータにおいては次の③で示す方式が用いられる。
① 最上位ビット(左端のビット、以下MSBという)を符号ビットとして、残りのビットでその数の絶対値を表す方式は、絶対値表示方式と呼ばれる。この場合、MSB=0が正(+)、MSB=1が負(−)と約束すると、10進数の−8は (ア) となる。
② 7ビット長で表された正の数nに対して、−nを8ビット長のnの2の補数で表す方式がある。この方式による場合、10進数の−8は (イ) となる。この方式においても、MSB=1は負の整数、MSB=0は正の整数を示すことになる。この方式は、2進数の減算に適している。
③ D-Aコンバータでは、ディジタル入力量とアナログ出力量が比例の関係にある。8ビットのD-Aコンバータではディジタル入力量として、(1000 0000)₂を与えた場合に、0.0000Vが出力されるようにしたオフセット・バイナリ・コードを用いることが多い。この場合、出力電圧が正のときは、MSB=1となり、負のときは、MSB=0となる。
ディジタル入力値が(0000 0000)₂のときのアナログ出力値が−5.0000Vであるオフセット・バイナリ・コードのD-Aコンバータではディジタル入力値が(0111 1000)₂のときの出力電圧値は (ウ) Vとなる。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(ウ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
詳細Layer 2展開閉じる
−8は負なのでMSB=1。絶対値8は7ビットの2進数で 0001000。よって全体は 1 0001000 = (1000 1000)₂。
(イ) 2の補数表示方式: まず10進数8を8ビットの2進数で表すと 00001000。全ビットを反転すると 11110111。これに1を加えると 11111000 = (1111 1000)₂。これが−8の2の補数表現である。
(ウ) オフセット・バイナリのD-Aコンバータ: 与えられた条件から、ディジタル値D=128(=(1000 0000)₂)のとき出力V=0.0000V、D=0(=(0000 0000)₂)のとき出力V=−5.0000Vという2点が分かっている。オフセット・バイナリではコード(1000 0000)₂=128を0Vの基準にするため、出力は基準からの差(D−128)に比例し、V=(D−128)×kと表せる。D=0, V=−5を代入すると −5 = (0−128)×k より k = 5/128 = 0.0390625 [V/LSB]。設問のディジタル入力 (0111 1000)₂ を10進数に変換すると 0111 1000₂ = 64+32+16+8 = 120。よって V = (120 − 128) × (5/128) = (−8) × (5/128) = −40/128 = −0.3125 [V]。
以上より (ア)=(1000 1000)₂、(イ)=(1111 1000)₂、(ウ)=−0.3125 であり、これに一致する組合せは選択肢(4)である。
各選択肢の解説
- (1)
(ア)(1000 1000)₂ (イ)(1000 0111)₂ (ウ)−0.2734
(ア)(1000 1000)₂は絶対値表示方式による−8の正しい表現と一致する。しかし(イ)(1000 0111)₂は2の補数表現(正しくは(1111 1000)₂)と一致しない。また(ウ)−0.2734も正しい計算結果−0.3125と一致しない。3項目のうち1項目しか一致しないため、この組合せ全体は誤り。
- (2)
(ア)(1111 1000)₂ (イ)(1000 1000)₂ (ウ)−0.3125
(ア)(1111 1000)₂は、実際には②の2の補数表現の値であり、①の絶対値表示方式による−8の表現(正しくは(1000 1000)₂)とは一致しない。(イ)(1000 1000)₂も同様に、実際には①の絶対値表示の値であり、②の2の補数表現(正しくは(1111 1000)₂)とは一致しない。(ウ)−0.3125は正しい値と一致するが、(ア)(イ)が入れ替わっているため、この組合せ全体は誤り。
- (3)
(ア)(1111 1000)₂ (イ)(1000 0111)₂ (ウ)−0.3125
(ア)(1111 1000)₂は絶対値表示方式による−8の正しい表現(1000 1000)₂と一致しない(これは2の補数の値である)。(イ)(1000 0111)₂も2の補数表現の正しい値(1111 1000)₂と一致しない。(ウ)−0.3125は正しい計算結果と一致するが、(ア)(イ)が誤っているため、この組合せ全体は誤り。
- (4)
(ア)(1000 1000)₂ (イ)(1111 1000)₂ (ウ)−0.3125
(ア)(1000 1000)₂は絶対値表示方式による−8の正しい表現(MSB=1、絶対値8=0001000)と一致する。(イ)(1111 1000)₂は2の補数表現による−8の正しい表現(00001000を反転し1を加えた11111000)と一致する。(ウ)−0.3125はオフセット・バイナリの比例関係から算出した出力電圧(D=120のときV=(120−128)×5/128=−0.3125)と一致する。3項目すべてが正しい値と一致するため、この組合せが正解である。
- (5)
(ア)(1000 1000)₂ (イ)(1111 1000)₂ (ウ)−0.2734
(ア)(1000 1000)₂、(イ)(1111 1000)₂はいずれも正しい値と一致する。しかし(ウ)−0.2734は正しい計算結果−0.3125と一致しない。3項目のうち2項目は一致するが1項目が誤っているため、この組合せ全体は誤り。
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