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【基本情報資格】キャッシュメモリについてわかりやすく解説。

1.プログラミング
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今回の記事は基本情報資格勉強用の記事で、キャッシュメモリに関してわかりやすくまとめた記事です。自身の勉強用にまとめた内容を共有する形で記事にしております。私も資格試験を受ける予定ですので一緒に頑張れれば幸いです。是非サイト内見ていってください。

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キャッシュメモリとは?

http://kccn.konan-u.ac.jp/information/cs/cyber06/cy6_cmem.htmより引用

キャッシュメモリは主記憶よりも高速で、CPUと主記憶の間に存在するメモリです。主記憶から随時データを取得していると動作が遅くなるので、動きの早いキャッシュメモリに主記憶からデータを先にとっておき、そのキャッシュメモリから使用する都度データを取得するようにすることで効率が上がります。

次はPCの内部処理でデータを取得する際のアクセス時間(実効アクセス時間)に関して説明します。

実効アクセス時間とは?

実効アクセス時間はアクセスするデータを取得する時間のことです。基本的にアクセス対象のデータは「キャッシュメモリ」か「主記憶」に存在します。アクセスするデータがキャッシュメモリに存在する確率を「ヒット率」といいます。「ヒット率」と「キャッシュメモリのアクセス時間」「主記憶のアクセス時間」が分かれば実効アクセス時間を求めることができます。

仮に下記の条件で実効アクセス時間を求めてみます。

  • ヒット率:60%
  • キャッシュメモリのアクセス時間:1秒
  • 主記憶のアクセス時間:2秒

この場合の計算式は下記です。

ヒット率×キャッシュメモリのアクセス時間+NFP(100%-ヒット率)×主記憶のアクセス時間
0.6×1+0.4×2=1.4[s]

1次キャッシュと2次キャッシュについて

主記憶のアクセス時間とCPUの処理時間の差が大きい場合、1次キャッシュ、2次キャッシュと多数の層でキャッシュを構築すると効率が上がります。

CPUは階層でキャッシュを作った場合は下記の順でデータがあるかを確認しに行きます。

  1. 1次キャッシュ
  2. 2次キャッシュ
  3. ・・・
  4. 主記憶

キャッシュメモリヘの書き込み方式

書き込み方式は2通りあります。

  • ライトスルー方式:キャッシュメモリと主記憶の両方を書き換える。一貫性が保たれるが、主記憶への書き込みは低速なため、時間がかかる。
  • ライトバック方式:キャッシュメモリに書き込みを行うのみ。後で、主記憶にその結果を反映する。主記憶へのアクセスが減るため、速度は早くなる。一貫性を担保するのが複雑になる。

メモリインタリーブについて

メモリインタリーブとは、メモリを分割しておくことで、処理を早くする施作のことです。

イメージが最も付きやすかったサイトが下記いつもお世話になっているこちらのサイトです。

アクセス速度に関して

アクセス速度は基本的に下記順番になっているようです。

  1. レジスタ
  2. キャッシュメモリ
  3. 主記憶
  4. SSD
  5. HDD

容量は速度の逆です。

では今回の記事は以上です。基本情報資格の勉強は継続して行っていきますので引き続き記事更新していきます。「本情報用語まとめ

本記事を読んでいただき感謝です。サイトを訪れていただいた方はプログラミング勉強中かと思いますのでプログラミング勉強のコツを合わせてご紹介。

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