キャッシュメモリ

実効アクセス時間

読みたいデータがキャッシュにある割合をヒット率と呼びます。 キャッシュにあればキャッシュの速さで，なければ主記憶の速さで読むので，平均（実効アクセス時間）は次の式で求めます。

実効アクセス時間 ＝ ヒット率 × キャッシュのアクセス時間 ＋（1 − ヒット率）× 主記憶のアクセス時間

• キャッシュのアクセス時間が主記憶の 1/30，ヒット率が95%なら，0.95 × 1/30 ＋ 0.05 × 1 ≒ 0.03 ＋ 0.05 ＝ 約0.08倍
• L1 と L2 の2段のキャッシュで，L1 のヒット率が0.95，L2 のヒット率が0.6（L1 のデータは全て L2 にもある）なら， L1 で外れた5%のうち60%が L2 で当たるので，全体のヒット率は 0.95 ＋ 0.05 × 0.6 ＝ 0.98

式の文字が「キャッシュにない確率 r」で与えられることもあります。そのときは (1 − r)・x ＋ r・y のように，r を主記憶の側に掛けます。

書込みの方式

キャッシュがいっぱいのときにどのブロックを追い出すかは，最も長く使われていないものを選ぶ LRU などで決めます。

関連する高速化の技術

• メモリインタリーブ：主記憶を複数のバンクに分け，連続したアドレスを別々のバンクに割り振って並列にアクセスし，主記憶そのものへのアクセスを速くする
• DRAM と SRAM：主記憶には，構造が単純で安く大容量にできるがリフレッシュが必要な DRAM を，キャッシュには高速だが高価な SRAM を使う

試験での問われ方

当サイトが収録している午前の問題のうち，キャッシュメモリ・ヒット率・ライトバック・メモリインタリーブなどの語が出てくるのは31問です。 3分の2が午前Ⅰです。型ごとに数えると次のとおりです。

• メモリインタリーブ（9問）。「主記憶を複数のバンクに分けて，CPU からのアクセス要求を並列的に処理できるようにする」などの説明を選びます。
• 書込み方式（8問）。ライトバック方式の説明（「キャッシュメモリにだけ書き込み，対応する主記憶の更新は，キャッシュメモリからデータが追い出されるときに行う」）， ライトバックを使う目的（「プロセッサから主記憶への書込み頻度を減らす」），コヒーレンシの対策が必要な方式（ライトバック）などです。
• 実効アクセス時間とヒット率の計算（7問）。上の例はどちらも実際に出た問題の数値です。
• DRAM・SRAM（4問）と置換・配置の方式（3問）。DRAM の特徴（「メモリセル構成が単純なので，ビット当たりの単価が安くなる」）， LRU，セットアソシアティブ方式です。

出題された過去問（31問）

リンク先の年度ページで，問題と解説を読めます。

関連する用語

仮想記憶（ページング）