【基本情報技術者試験】平成22年秋期 問12

はじめに

今回は平成22年秋期問12の回答、解説です。平成22年秋期問12はキャッシュメモリに関する記述についての問題です。本問を通してキャッシュメモリについて学んでいきましょう。

問題を解くためのキーワード

• キャッシュメモリ
• ライトスルー方式
• ライトバック方式

問題のカテゴリ

今回の問題カテゴリは以下の通りです。

問題

キャッシュメモリに関する記述のうち，適切なものはどれか。

• ア：書込み命令を実行したときに，キャッシュメモリと主記憶の両方を書き換える方式と，キャッシュメモリだけを書き換えておき，主記憶の書換えはキャッシュメモリから当該データが追い出されるときに行う方式とがある。
• イ：キャッシュメモリにヒットしない場合に割込みが生じ，プログラムによって主記憶からキャッシュメモリにデータが転送される。
• ウ：キャッシュメモリは，実記憶と仮想記憶とのメモリ容量の差を埋めるために採用される。
• エ：半導体メモリのアクセス速度の向上が著しいので，キャッシュメモリの必要性は減っている。

解説

キャッシュメモリの必要性

まず、キャッシュメモリは何のために存在するのでしょうか。

通常、メモリなどの主記憶からCPUへ、CPUから主記憶へデータを読み書きする際、CPUと主記憶での処理速度に差があるため待ち時間が発生します。もう少し、噛み砕いて説明すると、CPUから主記憶へデータ要求する際、CPUの方が処理速度が速いため、すぐにデータ要求が可能ですが、主記憶はCPUに比べ処理速度が遅いため、CPUからの要求時に他ごとをこなしていて、すぐにCPUにデータを返せないため、待ち時間が発生します。

そこで、CPUと主記憶の処理速度の差を埋めるために生まれたのがキャッシュメモリです。また、本筋ではありませんが、主記憶とハードディスクの処理速度を埋めるために生まれたのがディスクキャッシュというものがあるため、あわせて覚えておきましょう。

主記憶からCPUへ読み込んだデータは同時にキャッシュメモリにも読み込まれます。（図１）

再度、同じデータを読み込む場合、キャッシュメモリから読み込むため、早くなります。（図２）

キャッシュメモリの役割はデータの読み込みだけではありません。データの書き込みにも使われますが、読み込みとは違いキャッシュメモリに書き込むだけでは主記憶との整合性が取れなくなるため、書き込み内容を主記憶にも反映させる必要があります。主記憶を書き換える方式はライトスルー方式とライトバック方式と２つの方式があります。

ライトスルー方式

この方式ではキャッシュメモリに書き込みをする際、同時に主記憶にも書き込みします。キャッシュのデータも主記憶のデータも同じであるため、安定性がある方式です。しかし、主記憶にも書き込みするため、この方式は処理速度が遅いという難点があります。

ライトバック方式

この方式ではキャッシュメモリのみに書き込みをします。キャッシュメモリのみに書き込みをするため、処理速度は速いです。キャッシュメモリの容量がいっぱいになり次第、古いデータから追い出し、主記憶にデータを書き込みにいきます。

以上の知識によって、再度問題を解いてみましょう。

• ア：書込み命令を実行したときに，キャッシュメモリと主記憶の両方を書き換える方式と，キャッシュメモリだけを書き換えておき，主記憶の書換えはキャッシュメモリから当該データが追い出されるときに行う方式とがある。

正解です。

• イ：キャッシュメモリにヒットしない場合に割込みが生じ，プログラムによって主記憶からキャッシュメモリにデータが転送される。

割込みは発生しません。また、キャッシュメモリにヒットしない場合、プログラムによって、補助記憶から主記憶へデータを探しにいきますが、主記憶からキャッシュメモリのデータの転送はされません。

• ウ：キャッシュメモリは，実記憶と仮想記憶とのメモリ容量の差を埋めるために採用される。

キャッシュメモリではなく、ディスクキャッシュの説明です。

• エ：半導体メモリのアクセス速度の向上が著しいので，キャッシュメモリの必要性は減っている。

キャッシュメモリの性能も著しく向上しているため、むしろ必要性は増えています。

おわりに

今回は平成22年秋期問12の回答、解説をしました。