問題
問92
CPUのキャッシュメモリに関する説明のうち、適切なものはどれか。
- キャッシュメモリのサイズは、主記憶のサイズよりも大きいか同じである。
- キャッシュメモリは、主記憶の実効アクセス時間を短縮するために使われる。
- 主記憶の大きいコンピュータには、キャッシュメモリを搭載しても効果はない。
- ヒット率を上げるために、よく使うプログラムを利用者が指定して常駐させる。
[出典：ITパスポート試験 平成29年度春期 問92]
正解
正解は「イ」です。
解説
正解は選択肢イです。キャッシュメモリは、CPU（中央処理装置）と主記憶（メインメモリ）の間にある、非常に高速な記憶装置のことです。CPUは処理を行う際に必要なデータやプログラムを主記憶から読み込みますが、主記憶はCPUに比べて処理速度が遅いという特性があります。そのため、CPUが主記憶のデータ待ちで処理が滞ってしまう「ボトルネック」が生じることがあります。
キャッシュメモリは、このCPUと主記憶の速度差を埋めるために利用されます。CPUが次に使いそうなデータや、最近使ったデータをキャッシュメモリに一時的に保存しておくことで、CPUがデータを要求した際に、まず高速なキャッシュメモリを探し、そこにデータがあればすぐに利用できるようにします。これにより、主記憶にアクセスする回数を減らし、データ転送にかかる全体の時間を短縮することができます。
結果として、コンピュータシステム全体の実効アクセス時間が短縮され、処理性能が向上するのです。例えるなら、よく使う道具や書類を机の引き出し（キャッシュメモリ）に置いておけば、わざわざ倉庫（主記憶）まで取りに行く手間（時間）が省けるようなイメージです。
ア(キャッシュメモリのサイズは、主記憶のサイズよりも大きいか同じである。):
キャッシュメモリは主記憶よりも高速で高価なため、一般的にサイズは主記憶よりもはるかに小さいです。
ウ(主記憶の大きいコンピュータには、キャッシュメモリを搭載しても効果はない。):
主記憶が大きいコンピュータでも、CPUと主記憶の速度差は存在します。そのため、キャッシュメモリは処理効率の向上に貢献し、効果はあります。
エ(ヒット率を上げるために、よく使うプログラムを利用者が指定して常駐させる。):
キャッシュメモリにどのようなデータを格納するかは、CPUのキャッシュ制御機構が自動的に判断します。利用者が直接指定してプログラムを常駐させることはありません。
難易度
この問題の難易度は、ITパスポートの初心者にとって中程度だと言えます。キャッシュメモリの基本的な役割を知っていれば、正解の選択肢を見つけることは比較的容易でしょう。ただし、他の選択肢も一見するともっともらしく見えるため、各用語の意味やコンピュータの動作原理をしっかり理解していないと迷う可能性があります。特に、キャッシュメモリが主記憶よりも「高速で小さい」という特性を理解しているかがポイントになります。
用語補足
キャッシュメモリ：
CPUと主記憶の間にある、非常に高速な小容量の記憶装置です。CPUが頻繁に使うデータやプログラムの一部を一時的に保存し、CPUの処理速度との間に生じる速度差を埋める役割があります。よく使う文房具を机の引き出しに入れておくようなものです。
CPU (Central Processing Unit)：
コンピュータの頭脳にあたる部分で、様々な計算やデータ処理、プログラムの実行など、ほとんどの処理を行います。コンピュータ全体の指示を出す司令塔のような存在です。
主記憶 (メインメモリ)：
CPUが直接アクセスしてデータやプログラムを一時的に保存する記憶装置です。キャッシュメモリよりも容量は大きいですが、アクセス速度は遅いです。作業中の書類を広げておく大きな机のようなものです。
実効アクセス時間：
記憶装置にアクセスしてからデータが読み書きされるまでの平均時間のことです。キャッシュメモリがあることで、CPUがデータにアクセスする全体の時間が短縮され、この実効アクセス時間が短くなります。
対策
この問題を解くためには、キャッシュメモリの役割と特性を正確に理解することが重要です。特に「高速・小容量」という特徴と、「CPUと主記憶の速度差を埋める」という目的をしっかり覚えましょう。また、CPU、主記憶、キャッシュメモリそれぞれの関係性と、それがシステム全体の性能にどう影響するかを理解することが大切です。各選択肢について、なぜ正しいのか、なぜ間違っているのかを具体的に説明できるように学習を進めることで、応用問題にも対応できるようになります。
