キャッシュメモリに関する次の記述を読んで，設問１，２に答えよ。
キャッシュメモリとは，主記憶と CPU の間に置く高速アクセスが可能なメモリである。 キャッシュメモリと CPU 及び主記憶との関係を図１に示す。データをキャッシュメモリに 保持しておくことによって，CPU は速度の遅い主記憶に直接アクセスしなくて済むので， 処理の高速化が図れる。
図１ キャッシュメモリと CPU 及び主記憶との関係
ここでは，ハードウェアのアーキテクチャを次のように仮定する。
(1) 主記憶はブロック（１ブロックは 100 語から成る）に分割されている。 各ブロックには，その先頭番地が小さいものから順に 1, 2, 3, … とブロック番号が振られている。 主記憶とキャッシュメモリ間はブロック単位でデータが転送される。
(2) キャッシュメモリには，命令を保持しておく命令キャッシュと， データを保持しておくデータキャッシュの２種類がある。ここでは，データキャッシュ（以下， キャッシュという）だけを考える。
(3) キャッシュの構成は，図２のとおりとする。
② データ部はバッファ１～３の三つのバッファから成り，各バッファは１ブロック分の 主記憶の内容を保持できる。
③ ディレクトリ部は，データ部のバッファ１～３に対応したディレクトリ１～３から成る。 それぞれのディレクトリは次の内容を保持する三つのフィールドから成る。
なお，データ部のバッファが未使用の場合は，対応するディレクトリの三つの フィールドすべてに０が入っている。
(イ) ブロック番号：対応するデータ部のバッファが保持する主記憶のブロック 番号
(ロ) 順位 ：キャッシュ内に最も古くから存在するブロックから順に 1, 2, 3 と 番号が振られる。
(ハ) フラグ：対応するデータ部のバッファにブロックを読み込んだとき，０に初期化される。 対応するデータ部のバッファに保持されている内容が CPU の処理によって変更されると，１に変わる。
図２ キャッシュの構成
擬似言語で表現された次の繰返し処理を実行する場合について考える。
［繰返し処理］
(1) 配列Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは 100 個の要素から成り，１要素は１語である。 添字は０から始まるものとする。
(2) データ領域の主記憶への割付けは，次のとおりとする。
A[0]は 4000 番地，A[1] は 4001 番地という順に割り付けられる。
② Ｂの配列領域：4100 ～ 4199 番地（ブロック番号 42）
③ Ｃの配列領域：4200 ～ 4299 番地（ブロック番号 43）
④ Ｄの配列領域：4300 ～ 4399 番地（ブロック番号 44）
⑤ 定数 -1 と 99 の格納領域： 4400，4401 番地（ブロック番号 45）
(4) プログラム領域の内容は表１のとおりとする。参照ブロックの数値は，その命令を 実行するときに CPU が参照するデータのブロック番号を示す。
| 番地 | 命令 | 処理の内容 | 参照ブロック |
| 1000 | LOAD R1,4400 | -1 を R1 に設定 | 45 |
| 1001 | LOAD R2,4401 | i の初期値 (99) を R2 に設定 | 45 |
| 1002 | LOAD R3,4000,R2 | A[i] の内容を R3 に設定 | 41 |
| 1003 | ADD R3,4100,R2 | B[i] の内容を R3 に加算 | 42 |
| 1004 | ADD R3,4200,R2 | C[i] の内容を R3 に加算 | 43 |
| 1005 | STORE R3,4000,R2 | R3 の内容を A[i] に格納 | 41 |
| 1006 | STORE R3,4300,R2 | R3 の内容を D[i] に格納 | 44 |
| 1007 | ADDR R2,R1 | i ← i - 1 | ─ |
| 1008 | JNM 1002 | i ≧ 0 ならば 1002 番地にジャンプ | ─ |
LOAD / ADD / STORE Rn , adr [,Rx] ：
LOAD は，実効アドレスが示す番地に格納されている内容を，レジスタ Rn に設定する。
ADD は，レジスタ Rn の内容に実効アドレスが示す番地に格納されている内容を加えて， レジスタ Rn に設定する。
STORE は，レジスタ Rn の内容を実効アドレスが示す番地に格納する。
JNM adr ：直前の演算結果が０以上ならば adr 番地へジャンプする。
設問１ 次の (1) ～ (6) に従って，1000 番地の LOAD 命令を実行した直後，
及び 1006 番地の STORE 命令を最初に実行した直後のディレクトリ部の内容を，
図３と図４に示す。 
に入れる正しい答えを解答群の中から選べ。
(1) 参照ブロックがキャッシュ内にある場合は，キャッシュ内のデータが使用される。
(2) 参照ブロックがキャッシュ内にない場合（以下，ミスという）は， 参照ブロックが主記憶からキャッシュに読み込まれ，対応するディレクトリの フラグの内容は０に初期化される。
(3) CPU が参照ブロックに対して STORE 命令を実行した場合は， 対応するディレクトリのフラグの内容は１に変わる。
(4) ミスが起こったときにキャッシュ内に未使用のバッファがある場合は， 未使用のバッファの中で最も番号が小さいバッファに参照ブロックを読み込み，順位を更新する。
(5) ミスが起こったときにキャッシュ内に未使用のバッファがない場合は， 次のキャッシュ更新ロジックを用いる。
キャッシュ内に最も古くから存在するブロックが格納されているバッファに， 参照ブロックを読み込み，順位を更新する。 ただし，対応するディレクトリのフラグの内容が１だったときは， そのブロックを主記憶に書き戻してから，参照ブロックを読み込み，順位を更新する。
(6) プログラム実行開始時は，キャッシュ内にデータが入っていないものとする。
図３ 1000 番地の LOAD 命令を実行した直後のディレクトリ部
図４ 1006 番地の STORE 命令を最初に実行した直後のディレクトリ部
解答群
エ 43 オ 44 カ 45
設問２ 設問１の (5) のキャッシュ更新ロジックを， 次に示す新しいキャッシュ更新ロジックに変えた場合の， ディレクトリ部のブロック番号とフラグの内容の変化を， 表２に示す。
に入れる正しい答えを，解答群の中から選べ。
〔新しいキャッシュ更新ロジック〕
参照されていない時間が最も長いブロックが格納されているバッファに，参照ブロックを読み込む。
なお，この更新ロジックでは，順位の付け方も変更されていて， キャッシュ内で参照されていない時間が最も長いブロックから順に 1, 2, 3 と番号が振られる。
解答群
| ブロック番号 | フラグ | |
| ア | 41 | 0 |
| イ | 41 | 1 |
| ウ | 42 | 0 |
| エ | 42 | 1 |
| オ | 43 | 0 |
| カ | 43 | 1 |
| キ | 44 | 0 |
| ク | 44 | 1 |
| ケ | 45 | 0 |
| コ | 45 | 1 |
[←前の問題] [次の問題→] [問題一覧表] [分野別] [基本情報技術者試験TOP ]
