この記事は、PD-S（システム）試験（仮称）科目B 第3章の2節目、小項目3-2「IoTを含む組込みシステム，制御システムのハードウェア設計（センサー，アクチュエーターの活用など）」の教科書です。3-1がソフトウェア側なら、本節はハードウェア側の設計——何を測り（センサー）、何で動かし（アクチュエーター）、どんな部品で組むかを決める工程です。ソフト専門の受験者でも大丈夫なように、精度と分解能の違いのような選定の基礎から、機密性（耐タンパ）、ソフトとのインタフェース設計まで、前提知識ゼロから解説します。
この節の全体像 — 設計の観点→部品の選定→ソフトとの境界
技能1：性能・信頼性・機密性 — ハードウェア設計の3観点
システムの要件を分析し，システム及び装置の性能，信頼性，機密性などを満たすためのハードウェア設計を行うスキル
図1：組込みハードウェア設計の3観点（シラバス案・技能の例①）
観点1：性能 — 処理能力と余裕の設計
プロセッサの処理能力・メモリ容量・入出力の速度を、3-1で設計したソフトウェア（タスクの負荷・リアルタイム要件）が最悪ケースでも収まるように選びます。ぎりぎりの性能で組むと、後の機能追加やソフト修正の余地がなくなるため、適度な余裕を持たせるのが設計の勘所——ただし余裕は価格と消費電力に跳ね返るので、ここもトレードオフです。
観点2：信頼性 — 壊れにくさを部品と構成で作る
1-5で学んだ信頼性・使用環境の考慮を、部品レベルで実装する観点です。動作温度範囲・振動耐性などの環境仕様が要件を満たす部品を選ぶ、発熱部品の配置や放熱を設計する、長期間動く製品では部品の寿命（消耗する部品の交換周期）まで見込む——「カタログ性能」ではなく「その環境で何年動くか」で考えます。
観点3：機密性 — モノとして盗まれ、開けられる前提で守る
ハードウェアならではの観点です。IoT機器は攻撃者が現物を入手できる——分解して基板を調べ、記憶素子から鍵情報を吸い出し、デバッグ用の端子から中身にアクセスする、といった物理的な攻撃が成立します。これに対する耐性を耐タンパ性と呼びます。設計例：暗号鍵を保護された領域に保存する、製品出荷時にデバッグ端子を無効化する、ケース開封を検知する。ネットワーク側の防御（第2章）だけでは守れない層です。
技能2：センサーとアクチュエーターの評価・選定
システムを実現するためのデバイス，特にセンサーやアクチュエーターを調査し，評価・選定を行うスキル
1-5のおさらい：センサーは測る（温度・加速度・光・圧力…）、アクチュエーターは動かす（モーター・バルブ・ヒーター…）。本節はその選び方です。センサー選定でカタログを読むときの主要観点を整理します。
図2：センサー選定の主要観点 — 精度と分解能は別物
| 観点 | 意味 | 選定の考え方 |
|---|---|---|
| 精度 | 測った値が真の値にどれだけ近いか（誤差の小ささ） | 要件の許容誤差（±0.5℃で足りるか±0.1℃必要か）から決める |
| 分解能 | どれだけ細かく読み取れるか（目盛りの細かさ） | 細かく読めても正確とは限らない——精度と混同しない |
| 測定範囲 | 測れる値の上限・下限 | 異常時の値（火災時の高温など）まで測る必要があるかで変わる |
| 応答速度 | 変化に追従する速さ | 制御周期（3-1のタスク周期）に間に合うか |
| 消費電力 | 動作・待機時の電流 | 電池駆動なら最重要級（3-1の省電力設計とセット） |
| 環境耐性・コスト | 温度域・防水・振動、価格と入手性 | 量産数量が多いほど単価の重みが増す。長期供給されるかも確認 |
アクチュエーター側も発想は同じです：必要な力・速度・動きの細かさ（要件）から種類とサイズを選び、消費電力・発熱・寿命・騒音・コストとのトレードオフで決めます。またセンサーの生の信号は微弱・連続的（アナログ）なことが多く、コンピュータが扱えるデジタル値へ変換する仕組み（A/D変換）を介す——という信号の流れも、次のインタフェース設計につながる基礎知識です。
技能3：HW/SW分割とインタフェース設計
システムのハードウェア・ソフトウェア分割を行い，それらのインタフェース設計を行うスキル
HW/SW分割そのものは1-5（技能1）で学んだトレードオフ判断です。本節で加わるのが「分割したら、境界の取り決めを設計する」——インタフェース設計です。
なぜこれが独立した技能として明記されるのか。組込み開発ではハード担当とソフト担当が別チーム・別会社のことが多く、境界の取り決めが曖昧なまま並行開発すると、結合の段になって「想定した形式で値が来ない」「異常通知の方法が違う」という手戻りが噴出するからです。仕様書として合意し、変更時は双方に通知する——3-1のデバイスドライバ設計と、本節のハードウェア設計は、このインタフェース仕様書を挟んで対になっています。
混同しやすい概念の整理
| 紛らわしいペア | 違いの核心 |
|---|---|
| 精度 ⇔ 分解能 | 精度＝真の値への近さ（誤差の小ささ）。分解能＝読み取りの細かさ。細かく読めても正確とは限らない |
| センサー ⇔ アクチュエーター | センサー＝測る（入力）。アクチュエーター＝動かす（出力）。選定観点はどちらも「要件→トレードオフ」 |
| 信頼性 ⇔ 機密性 | 信頼性＝壊れにくさ（環境耐性・寿命）。機密性＝暴かれにくさ（耐タンパ・物理攻撃への耐性）。守る相手が「自然・劣化」か「攻撃者」か |
| HW/SW分割 ⇔ インタフェース設計 | 分割＝機能をどちらに置くかの判断（1-5）。インタフェース設計＝分割の境界での取り決めを仕様化（本節）。分割したら必ず境界の設計が要る |
| アナログ ⇔ デジタル | アナログ＝連続的な信号（センサーの生の値）。デジタル＝離散的な値（コンピュータが扱う形）。間をつなぐのがA/D変換 |
確認クイズ（4問）
この節の理解度チェックです（当サイト独自の予想問題。公式の出題ではありません）。
「0.01℃単位で値を表示できるが、真の温度より常に約0.5℃高い値を示す」温度センサーの説明として、最も適切なものはどれか。
屋外に設置されるIoT機器の「機密性」を高めるハードウェア設計として、最も適切なものはどれか。
ハードウェア担当とソフトウェア担当が別チームで並行開発する組込みプロジェクトにおいて、結合段階の手戻りを防ぐ取り組みとして最も適切なものはどれか。
電池駆動で5年間動作する屋外IoTセンサー端末の部品選定として、最も適切な考え方はどれか。
まとめ：小項目3-2で身につけること
- 技能3つ＝設計の観点（性能・信頼性・機密性）→部品の選定（センサー・アクチュエーター）→ソフトとの境界（HW/SW分割とインタフェース設計）。
- ハードウェア設計の3観点：性能（最悪ケース＋適度な余裕）、信頼性（環境仕様と寿命）、機密性（現物を入手した攻撃者への耐性＝耐タンパ性）。
- センサー選定の軸：精度（真の値への近さ）と分解能（読みの細かさ）は別物。測定範囲・応答速度・消費電力・環境耐性・コスト・供給性を要件に対応づける。
- 分割したら境界の設計：データ形式・単位・周期・異常通知（割込みかポーリングか）をインタフェース仕様として事前合意。単位の食い違いが結合事故の定番。
- 一貫する判断軸は第1章から同じ——要件から観点を選び、トレードオフで決める。
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出典（一次情報）
- IPA「プロフェッショナルデジタルスキル（システム）試験（仮称）科目B シラバス（案 Ver0.2）」大項目3・小項目3-2（2026年7月31日更新）[link]。本文中の「技能の例」引用は同シラバス案からの原文引用です。
- IPA「情報処理技術者試験・情報処理安全確保支援士試験 出題範囲等の改定案 Ver.1.0」（2026年3月）
※試験名は仮称、内容は検討段階の案です。試験の形式・時間・配点・合格基準は未公表のため本記事では扱いません。技術解説（精度と分解能、耐タンパ性、インタフェース設計など）は一般に確立した知識に基づく当サイトの解説で、シラバスの記載そのものではありません。確認クイズは当サイト独自の予想問題です。正式シラバス公開時に内容を更新します。
