基本情報技術者試験対策 7 メモリの高速化手法 (キャッシュメモリ,ヒット率と実効アクセス時間,メモリインターリーブ)

spica inc

6 Jun 201909:04

Summary

TLDRこのスクリプトは、コンピュータのメモリの高速化技術について説明しています。キャッシュメモリの役割とその効果、ライトスルーとライトバックの書き込み方法、およびメモリインターリブの仕組みについて詳細に触れています。キャッシュメモリは、CPUと主記憶装置の速度差を補う役割を果たし、ライトスルーは即時同期を保ちながら高速化を図りますが、ライトバックは一時的にキャッシュに書き込んでから後で主記憶に書き戻す方法で、高速化と複雑性のバランスを取ります。インターリブは複数のバンクにメモリを分割し、並列処理を通じてアクセス時間を短縮する手法です。

Takeaways

🔍 記憶装置の処理速度と記憶容量は、ピラミッド型の階層構造で関係が定められています。
🚀 ピラミッドの上部は処理速度快で記憶容量が少なく、下部は処理速度が遅くなりますが、記憶容量が多くなります。
💰 記憶容量あたりの価格は、ピラミッドの上部が高く、下部が安価になります。
🌟 キャッシュメモリはCPUの動作速度と主記憶装置の遅さの差を補う役割を果たしています。
🏎️ キャッシュメモリは高速なSRAMで構成され、CPUの内部に組み込まれています。
📈 最近のCPUは高速の一次キャッシュと中速の2次キャッシュを内蔵しています。
🕒 キャッシュメモリを使用することで、CPUの待ち時間が短縮され、効率が向上します。
🎯 キャッシュメモリのヒット率とは、読み出すデータがキャッシュメモリにある確率を指します。
🔄 キャッシュメモリからデータを読み出すアクセス時間と、ミスヒット時のミスペナルティーが、実行アクセス時間に影響します。
🔄 ライトスルー方式とライトバック方式は、CPUがキャッシュにデータを書き込む二つの方法です。
🔢 メモリインターリブは、メモリを複数のバンクに分けて並列処理を行うことで、アクセス時間を短縮する技術です。

Q & A

記憶装置の処理速度と記憶容量の関係はどのように表現されていますか？
-記憶装置の処理速度と記憶容量の関係は、ピラミッド型の記憶階層によって表現されています。ピラミッドの上のほうが処理速度が速く、下のほうが処理速度が遅いことを意味します。また、記憶容量では、上のほうが少ない而下のほうが容量が多く大容量となります。
キャッシュメモリとは何ですか？
-キャッシュメモリとは、CPUと主記憶装置の動作速度の差を埋めるために使用される高速なSRAMで構成されたメモリです。キャッシュメモリはCPUの内部に組み込まれており、高速の一次キャッシュと中速の2次キャッシュが内蔵されています。
キャッシュメモリの役割は何ですか？
-キャッシュメモリの役割は、CPUが主記憶装置からデータ転送に時間がかかり、その間に他の処理ができなくなるメモリ遅延を解消することです。キャッシュメモリを使用することで、メモリがアクセスしている間のCPUの空き時間を短縮できます。
キャッシュメモリのヒット率とは何を指しますか？
-キャッシュメモリのヒット率とは、読み出すデータがキャッシュメモリにある確率を指します。ヒット率が高いほど、全体のデータの読み出し時間が短くなります。
キャッシュメモリのアクセス時間とミスペナルティーの違いは何ですか？
-キャッシュメモリのアクセス時間とは、キャッシュメモリからデータを読み出す時間を指します。一方、ミスペナルティーとは、キャッシュメモリにデータがなく、主記憶からデータを読み出す時間を指します。
ライトスルー方式とライトバック方式の違いは何ですか？
-ライトスルー方式では、キャッシュにデータを書き込むのと同時に主記憶にもデータを書き込みます。一方、ライトバック方式では、まずキャッシュメモリだけに書き込んでおいて後で主記憶に書き戻す方式です。ライトスルー方式はキャッシュと主記憶の内容が一致するため制御が簡単ですが、ライトバック方式は初めのうちは高速化が見込めますが、キャッシュメモリと主記憶のデータの不一致や制御が複雑な欠点があります。
メモリインターリブとは何ですか？
-メモリインターリブは、メモリを複数のバンクに分けて、バンクごとに並列処理をしてアクセスを行うアクセス方式です。これにより、連続したメモリ領域へのアクセスに効果的ですが、バラバラのアドレスにアクセスするランダムアクセスではあまり効果が期待できません。
ヒット率が80%の場合、キャッシュメモリからデータが読み出せる確率は何ですか？
-ヒット率が80%の場合、キャッシュメモリからデータが読み出せる確率は80%です。
ミスヒット率はどのように計算されますか？
-ミスヒット率は、キャッシュメモリにデータがなく、主記憶にデータがある確率を指します。ミスヒット率は1-ヒット率となります。
キャッシュメモリからデータを読み出すアクセス時間はどのくらいですか？
-キャッシュメモリからデータを読み出すアクセス時間は10nsです。
主記憶からデータを読み出すミスペナルティーの時間はどのくらいですか？
-主記憶からデータを読み出すミスペナルティーの時間は200nsとなっています。
実行アクセス時間はどのように計算されますか？
-実行アクセス時間は、キャッシュへのアクセス時間と主記憶へのアクセス時間の合計です。具体的には、キャッシュへのアクセス時間（10ns）を0.8倍してから、主記憶へのアクセス時間（200ns）を0.2倍取って加算することで、8ns+40nsとなり、合計で48nsとなります。