記憶階層（レジスタ・キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶）とは？

記憶階層（レジスタ・キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶）の意味

アクセス速度と容量・コストのトレードオフに基づき、記憶装置を階層的に配置する考え方。レジスタが最も高速・小容量、次いでキャッシュメモリ、主記憶（メインメモリ）、補助記憶（HDD・SSD）の順にアクセス速度が下がり容量が増える。

記憶階層（レジスタ・キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶）の具体例

CPUは頻繁に使うデータをキャッシュメモリに保持しておくことで、低速な主記憶へのアクセス回数を減らし、全体の処理速度を向上させる（局所性の原理を利用）。

記憶階層（レジスタ・キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶）は試験でどう引っ掛けられる？

「速いものほど高価で小容量」が原則で、容量の大小と速度の順序を逆にしない。主記憶はメインメモリを指し、SSDやHDDの補助記憶ではない。補助記憶を主記憶の一部のように見せる仮想記憶は、階層そのものとは別の技術。

記憶階層（レジスタ・キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶）と関連する用語

• キャッシュメモリとヒット率

記憶階層（レジスタ・キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶）が出た過去問

• ユーザプログラムの実行中に割込みが発生した場合のプロセッサの処理として、適切なものはどれか。（①プログラムレジスタ（プログラムカウンタ）などの退避、②ユーザモー…

  正解：②→①→③→④

  要点：割込みは特権モード移行→退避→番地決定→実行の順

  割込みが発生すると、プロセッサはまず特権モードへ移行してから、実行中プログラムのプログラムカウンタなどのレジスタ内容を退避する。次に割込み要因に対応する割込み処理ルーチンの開始番地を決定し、そのルーチンを実行する。特権モードへの移行を先に行うのは、レジスタの退避などの処理自体が特権的な操作を伴うためである。

  出典：平成28年度 秋期 ネットワークスペシャリスト試験 午前Ⅱ 問22（IPA）

• 図はプロセッサによってフェッチされた命令の格納順序を表している。aに該当するプロセッサの構成要素はどれか。

  正解：命令レジスタ

  要点：フェッチした命令は命令レジスタに置かれデコードされる

  命令の実行は、主記憶から命令を読み出して命令レジスタに格納し、それを命令デコーダが解読するという流れで進む。したがって主記憶と命令デコーダの間に位置するaは命令レジスタである。

  出典：令和1年度 秋期 ネットワークスペシャリスト試験 午前Ⅱ 問22（IPA）

• メモリインタリーブの説明として、適切なものはどれか。

  正解：主記憶を複数のバンクに分けて、CPUからのアクセス要求を並列的に処理できるようにする。

  要点：メモリインタリーブはバンク分割でアクセスを並列化する

  メモリインタリーブは、主記憶を複数のバンクに分割し、連続するアドレスを別々のバンクへ割り当てる方式である。あるバンクがアクセス後の回復時間に入っている間に別のバンクへアクセスできるので、連続アドレスの読み書きを並列に重ねて実効的な転送速度を高められる。

  出典：令和5年度 春期 ネットワークスペシャリスト試験 午前Ⅱ 問22（IPA）

• キャッシュメモリへの書込み動作には、ライトスルー方式とライトバック方式がある。それぞれの特徴のうち、適切なものはどれか。

  正解：ライトスルー方式では、データをキャッシュメモリと主記憶の両方に同時に書き込むので、主記憶の内容は常にキャッシュメモリの内容と一致する。

  要点：ライトスルーは主記憶へ同時書込み、ライトバックは追出し時に書戻し

  ライトスルー方式は、書込み時にキャッシュメモリと主記憶の両方へ同時に書き込む。そのため主記憶の内容は常に最新に保たれ、キャッシュとの一貫性が崩れないが、書込みのたびに主記憶へのアクセスが発生するので速度面では不利である。一方ライトバック方式はキャッシュだけに書き、追い出し時にまとめて主記憶へ書き戻す。

  出典：令和7年度 春期 ネットワークスペシャリスト試験 午前Ⅱ 問22（IPA）