エンベデッドシステムスペシャリスト 2013年 午前2 問01
問題文
ストアドプログラム方式のコンピュータの性能向上を妨げる要因のうち、“フォンノイマン ボトルネック”と呼ばれているものはどれか。
選択肢
ア：記憶装置の容量
イ：入出力装置のデータ転送能力
ウ：プロセッサと記憶装置との間のデータ転送能力（正解）
エ：プロセッサの命令処理能力
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フォンノイマンボトルネック【午前2解説】
正解の理由
フォンノイマンボトルネックとは、プロセッサの処理速度に対して、プロセッサと主記憶装置の間のデータ転送速度が遅いために、コンピュータ全体の性能向上が妨げられることです。
命令やデータは記憶装置に置かれ、プロセッサとの間で転送されます。その転送が処理の待ち時間を生むため、該当するのはウです。
解法ステップ
- 「フォンノイマンボトルネック」が、ストアドプログラム方式における性能上の問題を指す用語だと確認します。
- ボトルネックの場所を考えます。プロセッサと記憶装置の間では、命令やデータを転送しています。
- この転送能力がプロセッサの処理速度に追いつかないことが問題なので、ウを選びます。
選択肢別の誤答解説
-
ア：記憶装置の容量
容量が小さいと、大量のプログラムやデータを保存できない問題が生じます。しかし、フォンノイマンボトルネックが指すのは容量ではなく、プロセッサとの間のデータ転送速度です。 -
イ：入出力装置のデータ転送能力
入出力装置との転送速度がシステム全体の性能を制限する場合はありますが、フォンノイマンボトルネックの対象ではありません。 -
ウ：プロセッサと記憶装置との間のデータ転送能力
命令やデータの転送がプロセッサの処理に追いつかず、性能向上を妨げる状態です。フォンノイマンボトルネックを表しています。 -
エ：プロセッサの命令処理能力
プロセッサ自体の処理能力が不足する問題です。フォンノイマンボトルネックでは、プロセッサと記憶装置の間の転送が制約になります。
よくある誤解
- 「ボトルネック」という言葉から、記憶装置の容量不足を連想してしまうことがあります。問題となるのは容量ではなく、データ転送の速度です。
- 入出力装置とのデータ転送もコンピュータの性能に影響しますが、この用語が指す範囲はプロセッサと記憶装置の間です。
- プロセッサの処理速度が遅いこと自体を指すのではありません。プロセッサがデータを待つ状況が、性能向上を妨げます。
補足コラム
ストアドプログラム方式では、プログラムの命令とデータを記憶装置に格納します。プロセッサは記憶装置から命令やデータを読み出して処理するため、両者の転送速度の差が大きいほど、プロセッサが待たされやすくなります。
キャッシュメモリの利用や、メモリ帯域幅の向上などは、このボトルネックを緩和する代表的な方法です。
FAQ
Q. なぜ記憶装置の容量ではなく、転送能力が問題になるのですか？
A. プログラムやデータを十分に保存できても、プロセッサへ必要な情報を速く届けられなければ、プロセッサが待ち状態になるためです。
A. プログラムやデータを十分に保存できても、プロセッサへ必要な情報を速く届けられなければ、プロセッサが待ち状態になるためです。
Q. キャッシュメモリはどのように役立ちますか？
A. よく使う命令やデータをプロセッサの近くに置き、主記憶装置へのアクセス回数を減らすことで、データ転送待ちを緩和します。
A. よく使う命令やデータをプロセッサの近くに置き、主記憶装置へのアクセス回数を減らすことで、データ転送待ちを緩和します。
関連キーワード: ストアドプログラム方式、主記憶装置、メモリ帯域幅、キャッシュメモリ
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