のんびりやろう！情報処理試験！　〜１問１問コツコツと〜

• 最新号：2008-10-06
• 発行周期：週5日（土日休み）
• 読んでる人：4948人
• 創刊日：1999-02-23
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J Question vol.1857

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┃┃　　のんびりやろう！情報処理試験！　〜１問１問コツコツと〜　　┃┃
┃┃ 2008.7.7　vol.1857　19,712 部発行   http://www.shunzei.com/  ┃┃
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■今日の問題■☆（等幅フォントで見てね！）
----------------------------------------------------------------------
　キャッシュメモリと主記憶に関するアクセス時間とヒット率の組合せ
　のうち、主記憶の実効アクセス時間が最も短くなるのはどれか。

　　　┌─────────────────┬──────────┐
　　　│　　　　キャッシュメモリ　　　　　│　　　 主記憶 　　　│
　　　├──────────┬──────┼──────────┤
　　　│アクセス時間(ナノ秒)│ヒット率(％)│アクセス時間(ナノ秒)│
　┌─┼──────────┼──────┼──────────┤
　│ア│　　 　　10　　　　 │　　 60　　 │　　　　　70　　　　│
　│イ│　　 　　10　　　　 │　　 70　　 │　　　　　70　　　　│
　│ウ│　　 　　20　　　　 │　　 70　　 │　　　　　50　　　　│
　│エ│　　 　　20　　　　 │　　 80　　 │　　　　　50　　　　│
　└─┴──────────┴──────┴──────────┘




















━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
■解答■（出典：H15.秋　基本情報　問23）
----------------------------------------------------------------------
　　　┌─────────────────┬──────────┐
　　　│　　　　キャッシュメモリ　　　　　│　　　 主記憶 　　　│
　　　├──────────┬──────┼──────────┤
　　　│アクセス時間(ナノ秒)│ヒット率(％)│アクセス時間(ナノ秒)│
　┌─┼──────────┼──────┼──────────┤
　│エ│　　 　　20　　　　 │　　 80　　 │　　　　　50　　　　│
　└─┴──────────┴──────┴──────────┘

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
■解説■
----------------------------------------------------------------------
　コンピュータアーキテクチャの特集に入っています。
　今日はキャッシュメモリのヒット率に関する問題でした。
　これも定番ですね。


　先日やりましたが、もう一度復習しておきましょう。

　キャッシュメモリ(cache memory) とは、主記憶（メモリ）と CPU の間に
　置かれる、処理の高速化を計るためのメモリです。

　キャッシュメモリが必要となる理由としては、
　CPU が主記憶へのアクセスする速度と CPU の演算速度を比べると
　アクセス速度の方がかなり遅いためです。

　そのため、主記憶と CPU の間でデータのやりとりを行うと、
　速度の遅い主記憶がボトルネックとなってしまい、
　せっかくの CPU の速さが活かせません。

　そこで、その速度差を少しでも縮めるために、主記憶と CPU の間に
　小容量ながら動作が高速なメモリであるキャッシュメモリを置きます。

　下の図で言えば、(2) の速度よりも (1) の速度の方が
　圧倒的に速いということになります。

　　　　　　　　　　(1)
　　┌─────┐──→┌────────┐──→┌─────┐
　　│　ＣＰＵ　│　　　│キャッシュメモリ│　　　│　主記憶　│
　　└─────┘←──└────────┘←──└─────┘
　　　　　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑
　　　　　└──────────────────────┘
　　　　　　(2)

　処理の流れとしては、CPU が必要とするデータ（プログラムなど）は
　まず、キャッシュメモリに置かれます。

　しかし、キャッシュメモリにはそれほど多くのデータを置くことが
　できないため、必要でないデータは主記憶へ反映させ、
　頻繁に使うデータをキャッシュメモリで保持するようにします。

　このようにすることで、CPU は速度の遅い主記憶にアクセスする回数が
　少なくて済むので、処理の高速化が計れます。


　それでは、問題に戻りましょう。

> キャッシュメモリと主記憶に関するアクセス時間とヒット率の組合せ
> のうち、主記憶の実効アクセス時間が最も短くなるのはどれか。

　実効アクセス時間とは

　　実際に主記憶へアクセスするためにかかる、おおよその時間

　のことです。

　CPU は主記憶へアクセスし、プログラムを読み込み、処理を行いますが、
　処理の高速化のために、ここではキャッシュメモリを利用しています。

　つまり、実効アクセス時間を考えるには、主記憶へのアクセス時間と
　キャッシュメモリへのアクセス時間の両方を考えた上で、
　時間を算出しなくてはなりません。


　選択肢の「ア」で詳しく見ていきましょう。

> 　　┌─────────────────┬──────────┐
> 　　│　　　　キャッシュメモリ　　　　　│　　　 主記憶 　　　│
> 　　├──────────┬──────┼──────────┤
> 　　│アクセス時間(ナノ秒)│ヒット率(％)│アクセス時間(ナノ秒)│
> ┌─┼──────────┼──────┼──────────┤
> │ア│　　 　　10　　　　 │　　 60　　 │　　　　　70　　　　│
> └─┴──────────┴──────┴──────────┘

　まず、CPU がプログラムを実行する際、必要なデータが
　キャッシュメモリ上にあるかどうかをチェックします。

　その時、必要なデータがキャッシュメモリ上にある確率を
　キャッシュメモリのヒット率といいます。この場合は、60％ですね。

　逆に言えば、残りの40％はキャッシュメモリ上にないことになり、
　この場合、CPU は主記憶へアクセスします。
　つまり、主記憶のヒット率が40％ということになります。

　したがって、CPU は60％の確率でキャッシュメモリへアクセスし、
　40％の確率で主記憶へアクセスします。

　主記憶の実効アクセス時間

　＝（主記憶へのアクセス時間×主記憶のヒット率）

　　＋（キャッシュメモリへのアクセス時間×キャッシュメモリのヒット率）

　＝（ 10 × 0.6 ）＋（ 70 × 0.4 ）

　＝ 6 ＋ 28

　＝ 34 ナノ秒


　同様に

> 　　┌─────────────────┬──────────┐
> 　　│　　　　キャッシュメモリ　　　　　│　　　 主記憶 　　　│
> 　　├──────────┬──────┼──────────┤
> 　　│アクセス時間(ナノ秒)│ヒット率(％)│アクセス時間(ナノ秒)│
> ┌─┼──────────┼──────┼──────────┤
> │イ│　　 　　10　　　　 │　　 70　　 │　　　　　70　　　　│
> └─┴──────────┴──────┴──────────┘

　主記憶の実効アクセス時間

　＝（ 10 × 0.7 ）＋（ 70 × 0.3 ）

　＝ 7 ＋ 21

　＝ 28 ナノ秒

> 　　┌─────────────────┬──────────┐
> 　　│　　　　キャッシュメモリ　　　　　│　　　 主記憶 　　　│
> 　　├──────────┬──────┼──────────┤
> 　　│アクセス時間(ナノ秒)│ヒット率(％)│アクセス時間(ナノ秒)│
> ┌─┼──────────┼──────┼──────────┤
> │ウ│　　 　　20　　　　 │　　 70　　 │　　　　　50　　　　│
> └─┴──────────┴──────┴──────────┘

　主記憶の実効アクセス時間

　＝（ 20 × 0.7 ）＋（ 50 × 0.3 ）

　＝ 14 ＋ 15

　＝ 29 ナノ秒

> 　　┌─────────────────┬──────────┐
> 　　│　　　　キャッシュメモリ　　　　　│　　　 主記憶 　　　│
> 　　├──────────┬──────┼──────────┤
> 　　│アクセス時間(ナノ秒)│ヒット率(％)│アクセス時間(ナノ秒)│
> ┌─┼──────────┼──────┼──────────┤
> │エ│　　 　　20　　　　 │　　 80　　 │　　　　　50　　　　│
> └─┴──────────┴──────┴──────────┘

　主記憶の実効アクセス時間

　＝（ 20 × 0.8 ）＋（ 50 × 0.2 ）

　＝ 16 ＋ 10

　＝ 26 ナノ秒


　よって、「エ」が最小となります。



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★これ、おしえてっ！（質問編）★　回答期限：７月７日（月）の夜まで
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　「この問題がわからないっ！！」という、
　読者からの質問をみなさんに回答してもらおう！というコーナーです。


　今回の質問はこちらです。（出典：H19.　ネットワーク　問47）
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　IPsec に関する記述のうち、適切なものはどれか。

　ア　IKE は IPsec の鍵交換のためのプロトコルであって、
　　　ポート番号 80 が使用される。

　イ　鍵交換プロトコルとして、HMAC-MD5 が使用される。

　ウ　トンネルモードで暗号化を使用すると、元のヘッダまで含めて
　　　暗号化される。

　エ　ホスト A とホスト B との間で IPsec による通信を行う場合、
　　　認証や暗号化アルゴリズムを両者で決めるために ESP ヘッダではなく
　　　AH ヘッダを使用する。


--[回答のめやす（横幅：全角３４文字）]--------------------------------
> １２３４５６７８９０１２３４５６７８９０１２３４５６７８９０１２３４
----------------------------------------------------------------------

　リクエストが途絶えたので、僕がチョイスしました。
　どの区分でも定番になりつつあるIPsecの問題です。
　ソフトウェア以上の区分だと、午後でもよく出ます。
　これを機会に、自分なりに調べたりして、勉強してみてください。

　これに対する回答（解説）を７月７日（月）の夜までにお願いします。

　このコーナーで取り上げてほしい問題のリクエストも募集中です。
　回答＆お便りはこちらからでもＯＫです。
　http://www.shunzei.com/about/mail.html 


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▼選択肢で勉強しよっ！▼（答えはこのメールの一番下にあります）
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> ベクトルコンピュータ(vector computer) って？



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> *********************** 投稿募集中のテーマ *********************** <
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　のんびりやろう！情報処理試験！　〜１問１問コツコツと〜（週３日発行）
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　編集・発行：しゅんぜい　mail_at_shunzei.com (_at_は @ に)
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▼選択肢で勉強しよっ！の答え▼
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　（基本情報平成１９年春問２５ウ）の選択肢より

> 一つの命令で配列中の複数のデータを同時に演算する。

　ベクトルコンピュータ(vector computer)とは、
　ベクトルプロセッサを搭載したコンピュータのことで、
　ベクトルプロセッサでは浮動小数点演算をパイプライン処理によって
　同時に実行し、大規模な数値計算を高速に行うことができます。

　ベクトルコンピュータの演算性能指標としては、FLOPSが使われます。

　FLOPS(Floating Operations Per Second)とは、1 秒間に実行可能な
　浮動小数演算の回数を表す単位です。

　演算回数の測定を 100 万回単位にしたときには MFLOPS(Mega FLOPS) 、
　10 億回単位なら GFLOPS(Giga FLOPS) を使います。


　他に、代表的な性能を測る単位としては MIPS があります。

　MIPS(Million Instructions Per Second) とは、CPU が 1 秒間に
　何百万回の命令を実行できるかということを表したもので、
　CPU の性能評価を行うときの尺度の 1 つです。

　たとえば、1 秒間に 300 万(3,000,000)回の命令を実行したならば、
　3 MIPS ということになります。

　ちなみに、情報量の場合の接頭語は

　　K(kiro) は、2^10 倍(1024 倍)
　　M(mega) は、2^20 倍(1,048,576 倍)
　　G(Giga) は、2^30 倍(1,073,741,824 倍)

　を表します。試験本番の計算は、特に指定がなければ

　　K(kiro) は、10^3 倍(1000 倍)
　　M(mega) は、10^6 倍(1,000,000 倍)
　　G(Giga) は、10^9 倍(1,000,000,000 倍)

　としても、問題はありません。

　それ以降は、T(Tera) = 2^40、P(Peta) = 2^50、E(Exa) = 2^60 と
　続きます。



=-=[あとがき]=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=

　夏は遊ぶ予定が多い僕ですが、この週末は大きなイベントはなく、
　パソコンに向かって、たまっていた仕事をいくつか片付けたり、
　ドラム叩いていたりしていました。
　土曜も日曜も。

　なんだか、久々にゆっくりとした週末でした(^^;;
　たまにはいいですね。
　東京はもう梅雨が明けたんじゃないか？って思うぐらいの天気でしたが、
　平日休みを取って、家中の掃除でもしたいなぁ。

　と書いたものの、月火水は雨マークですね(^^;;


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