エンベデッドシステムスペシャリスト 2015年午前2 問02

問題文

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。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：キャッシュメモリの最適容量は、プログラムサイズから求めることができる。

イ：キャッシュメモリの最適容量は、プロセッサの演算速度と主記憶容量から求めることができる。

ウ：キャッシュメモリのヒット率は、キャッシュメモリの容量とほぼ正比例の関係にある。

エ：キャッシュメモリのヒット率は、プログラムの構造によって変化する。（正解）

🔒 解説は解答すると表示されます

キャッシュメモリのヒット率は、必要なデータがキャッシュメモリに存在する割合です。この割合は、容量だけでなく、プログラムがどのような順序や頻度でデータにアクセスするかによって変化します。

たとえば、直前に使ったデータを再び使う「時間的局所性」や、近くにあるデータを続けて使う「空間的局所性」が高いプログラムでは、ヒット率が高くなりやすいです。したがって、「プログラムの構造によって変化する」とするエが適切です。

ア：プログラムサイズだけでは、最適なキャッシュ容量は求められません。プログラムのサイズが大きくても、実際によく使うデータが限られていれば、小さなキャッシュで高いヒット率を得られることがあります。
イ：プロセッサの演算速度や主記憶容量だけから、最適なキャッシュ容量を求めることはできません。実際のアクセスパターンや、キャッシュの構成なども関係します。
ウ：容量を大きくするとヒット率が上がる場合はありますが、ほぼ正比例するとは限りません。アクセスパターンによって効果は異なり、容量を増やしてもヒット率があまり変わらない場合があります。
エ：プログラムの構造がデータのアクセス順序や再利用の頻度に影響するため、ヒット率が変化します。

キャッシュメモリは、プロセッサと主記憶の速度差を補うために使われます。ヒット率を高めるには、よく使うデータをキャッシュに保持できることが重要です。そのため、キャッシュ設計では、容量だけでなく、データの配置方法や置換方式なども考慮されます。

Q. ヒット率が高いと、必ず処理が速くなりますか？
A. 多くの場合、主記憶へのアクセス回数が減るため処理の高速化につながります。ただし、ヒット時・ミス時の処理時間や、アクセスするデータの特性なども関係します。

Q. 局所性とは何ですか？
A. プログラムが、最近使ったデータや、最近使ったデータの近くにあるデータへ再びアクセスしやすい性質です。時間的局所性と空間的局所性があります。

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