応用情報技術者 2014年秋期午前2 問09

問題文

キャッシュの書込み方式には、ライトスルー方式とライトバック方式がある。ライトバック方式を使用する目的として、適切なものはどれか。

選択肢

ア：キャッシュと主記憶の一貫性 (コヒーレンシ)を保ちながら、書込みを行う。

イ：キャッシュミスが発生したときに、キャッシュの内容の主記憶への書き戻しを不要にする。

ウ：個々のプロセッサがそれぞれのキャッシュをもつマルチプロセッサシステムにおいて、キャッシュ管理をライトスルー方式よりも簡単な回路構成で実現する。

エ：プロセッサから主記憶への書込み頻度を減らす。（正解）

キャッシュの書込み方式（ライトバック方式）【午前2 解説】

要点まとめ

結論：ライトバック方式はプロセッサから主記憶への書込み頻度を減らすことを目的としています。
根拠：書込みはキャッシュ内で行い、主記憶への反映はキャッシュの内容が置き換えられる際にまとめて行うため効率的です。
差がつくポイント：ライトスルー方式との違いを理解し、主記憶への即時書込みか遅延書込みかを区別できることが重要です。

正解の理由

ライトバック方式は、キャッシュ内のデータを書き換えた際に即座に主記憶に書き戻すのではなく、キャッシュの該当ブロックが置き換えられるタイミングでまとめて主記憶に書き戻します。これにより、主記憶への書込み回数が減り、システム全体の性能向上が期待できます。したがって、選択肢エ「プロセッサから主記憶への書込み頻度を減らす」が正解です。

よくある誤解

ライトバック方式は主記憶との一貫性を保つために即時書込みを行うと思われがちですが、実際は書込みを遅延させて効率化を図る方式です。

解法ステップ

キャッシュの書込み方式にはライトスルーとライトバックがあることを確認する。
ライトスルー方式は書込みを即時に主記憶に反映する方式であることを理解する。
ライトバック方式は書込みをキャッシュ内で行い、主記憶への書込みは遅延させることを把握する。
問題文の目的に合致する選択肢を探す。
「主記憶への書込み頻度を減らす」選択肢がライトバック方式の特徴と一致するため正解と判断する。

選択肢別の誤答解説

ア: キャッシュと主記憶の一貫性を保つのはライトスルー方式の特徴であり、ライトバック方式の目的ではありません。
イ: キャッシュミス時の書き戻し不要は誤りで、ライトバック方式でもキャッシュの置き換え時に書き戻しが必要です。
ウ: マルチプロセッサのキャッシュ管理が簡単になるのはライトスルー方式の方が一般的で、ライトバックは管理が複雑になる場合があります。
エ: プロセッサから主記憶への書込み頻度を減らすことがライトバック方式の最大の目的であり正解です。

補足コラム

ライトバック方式は主記憶への書込み回数を減らすため、バスの使用頻度が下がりシステム全体の負荷軽減につながります。一方で、キャッシュと主記憶のデータ不整合が起こりやすいため、キャッシュの置き換え時に正確な書き戻し制御が必要です。マルチプロセッサ環境ではコヒーレンシ制御が複雑になるため、用途に応じて方式を選択します。