応用情報処理技術者試験の対策サイトです。 応用情報処理技術者試験の午前問題を中心とした基礎用語の解説を中心に掲載します。書き始めたばかりなので、内容はまだまだ不十分です。
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3.コンピュータ > 3.2 メモリ

(1)記憶装置とは 
 コンピュータで利用される記憶装置には、主記憶装置と補助記憶装置があります。主記憶装置の代表例は主記憶(メインメモリ)です。主記憶装置は、プログラムやデータを一時的に記憶するためのものです。
補助記憶装置の代表例は、ハードディスクやUSBメモリがあります。これらは、電源を切った後もデータが保存されますので、長期にデータを記憶・保存することが可能です。
以下に、両者の違いを整理します。

 

概要

記憶装置の例

速度

価格

主記憶装置

CPUと直接アクセスできる記憶装置

・主記憶(メインメモリ)に使われるDRAM

・キャッシュメモリに使われるSRAM

速い

 

高い

 

補助記憶装置

CPUとは直接アクセスできない記憶装置

・ハードディスク

USBメモリ(フラッシュメモリ)

遅い

安い

※主記憶(メインメモリ)、キャッシュメモリ、DRAM、SRAMの言葉はこのあとに解説
 
(2)メインメモリとキャッシュメモリ 
 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す。主記憶から読み出したデータをキャッシュメモリに保持し,  CPUが後で同じデータを読み出すときのデータ転送を高速に行うことができます。
a

■H29秋
(H25秋AP問11と同じ)
問11 容量が a Mバイトでアクセス時間が x ナノ秒の命令キャッシュと,容量が b Mバイトでアクセス時間が y ナノ秒の主記憶をもつシステムにおいて,CPUからみた,主記憶と命令キャッシュとを合わせた平均アクセス時間を表す式はどれか。ここで読み込みたい命令コードがキャッシュに存在しない確率を r とし,キャッシュ管理に関するオーバヘッドは無視できるものとする。
H29a-問11
【正解】イ

問20 SRAMと比較した場合のDRAMの特徴はどれか。
ア 主にキャッシュメモリとして使用される。
イ データを保持するためのリフレッシュ又はアクセス動作が不要である。
ウ メモリセル構成が単純なので,ビット当たりの単価が安くなる。
エ メモリセルにフリップフロップを用いてデータを保存する。
【正解】ウ

■H29春
問10 キャッシュメモリのライトスルーの説明として,適切なものはどれか。
ア CPUが書込み動作をする時,キャッシュメモリだけにデータを書き込む。
イ キャッシュメモリと主記憶の両方に同時にデータを書き込む。
ウ 主記憶のデータの変更は,キャッシュメモリから当該データが追い出される時に行う。
エ 主記憶へのアクセス頻度が少ないので,バスの占有率が低い。
【正解】イ

問11 15 M バイトのプログラムを圧縮した状態でフラッシュメモリに格納している。プログラムの圧縮率が40%,フラッシュメモリから主記憶への転送速度が20Mバイト/秒であリ,1Mバイトに圧縮されたデータの展開に主記憶上で0.03秒が掛かるとき,このプログラムが主記憶に展開されるまでの時間は何秒か。ここで,フラッシュメモリから主記憶への転送と圧縮データの展開は同時には行われないものとす
  る。
ア 0.48     イ 0.75     ウ 0.93     エ 1.20
【正解】ア

■H28春
問21 DRAMの説明として,適切なものはどれか。
ア 1バイト単位でデータの消去及び書込みが可能な不揮発性のメモリであり,電源遮断時もデータ保持が必要な用途に用いられる。
イ 不揮発性のメモリでNAND型又はNOR型があり,SSDに用いられる。
ウ メモリセルはフリップフロップで構成され,キャッシュメモリに用いられる。
エ リフレッシュ動作が必要なメモリであり,PCの主記憶として用いられる。
【正解】エ

■H27秋
問10 MMU(Memory Management Unit)の説明として,適切なものはどれか。
ア CPUからのページフォールドを受けて,物理ページのスワップを行う。
イ CPUが指定した仮想アドレスを物理アドレスに対応させる。
ウ OSの一部分であり,キャッシュ制御機能及びバス調整機能を有する。
エ 主記憶のデータの一部を保持し,CPUと主記憶の速度差を吸収する。
【正解】イ

■H26秋
問9 キャッシュの書込み方式には,ライトスルー方式とライトバック方式がある。ライトバック方式を使用する目的として,適切なものはどれか。
ア キャッシュと主記憶の一貫性(コヒーレンシ)を保ちながら,書込みを行う。
イ キャッシュミスが発生したときに,キャッシュの内容の主記憶への書き戻しを不要にする。
ウ 個々のプロセッサがそれぞれのキャッシュをもつマルチプロセッサシステムにおいて,キャッシュ管理をライトスルー方式よりも簡単な回路構成で実現する。
エ プロセッサから主記憶への書込み頻度を減らす。
【正解】エ

■H25秋
問22 SRAMと比較した場合のDRAMの特徴はどれか。
ア 主にキャッシュメモリとして使用される。
イ データを保持するためのリフレッシュ又はアクセス動作が不要である。
ウ メモリセル構成が単純なので,ビット当たりの単価が安くなる。
エ メモリセルにフリップフロップを用いてデータを保存する。
【正解】ウ

■H25春
問12 キャッシュの書込み方式には,ライトスルー方式とライトバック方式がある。ライトバック方式を使用する目的として,適切なものはどれか。
ア キャッシュと主記憶の一貫性(コヒーレンシ)を保ちながら,書込みを行う。
イ キャッシュミスが発生したときに,キャッシュの内容の主記憶への書き戻しを不要にする。
ウ 個々のプロセッサがそれぞれのキャッシュをもつマルチプロセッサシステムにおいて,キャッシュ管理を簡単な回路構成で実現する。
エ プロセッサから主記憶への書込み頻度を減らす。
【正解】エ

問21 フラッシュメモリに関する記述として,適切なものはどれか。

ア 高速に書換えができ,CPUのキャッシュメモリに用いられる。
イ 紫外線で全内容の消去ができる。
ウ 周期的にデータの再書込みが必要である。
エ ブロック単位で電気的に内容の消去ができる。
正解は、エです。

過去問(H22春FE午後問1)をもとに、主記憶(メインメモリ)へのデータの割り当てに関して理解を深めましょう。
(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。
このように、ブロックに分割されています。具体的な様子は後半に記載します。

ではここで、プログラムを実行します。プログラムの概要は以下です。(問題文より)
i: 99, i≧0, -1
・A[i] ← A[i] + B[i] + C[i]
・D[i] ← A[i]
このプログラムについて、簡単に解説します。
iの初期値は99です。iに-1を順に加えて、0になるまで続けます。つまり、iは、99,98,97・・・0
・A[i] に A[i] + B[i] + C[i]の合計を入れます。
・D[i] に A[i]の値を入れます。

問題文の続きです。
(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。
4つの配列A[i]、B[i]、C[i]、D[i]は、100個の要素からなります。A[0]、A[1]・・・A[100]です。

さて、問題文の続きです。
(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の配列領域:4000~4099番地(ブロック番号41)
 A[0]は4000番地,A[1]は4001番地という順に割り付けられる。
Bの配列領域:4100~4199番地(ブロック番号42)
cの配列領域:4200~4299番地(ブロック番号43)
Dの配列領域: 4300~4399番地(ブロック番号44)
定数-1と99の格納領域:4400,  4401番地(ブロック番号45)
(3)変数iはレジスタを使用し,主記憶への割付けは行わない。
この問題文および、その後の問題文表1から、主記憶(メインメモリ)には、プログラムやデータ(配列の値含む)は、以下のようになっていることが分かります。

memori


実際にプログラムを書いてみて、その結果はこちら
http://sm.seeeko.com/archives/65924620.html

半導体メモリは大きく、電源を切ってもデータを保持できるか否かで、揮発性メモリと不揮発性メモリに分けられます。

揮発性メモリ ⇒NO
電源を切るとデータを保持できない。パソコンのメインメモリ(主記憶)を思い浮かべてください。PCのメモリ情報は、電源を入れると消えますよね。

SRAM
高速なので、フラッシュメモリに利用されます。過去問では、「アクセスが高速なので,キャッシュメモリなどに使用される(H18春AD午前問1)」、「高速に書換えができ,CPUのキャッシュメモリに用いられる。(H28秋AP午前問21)」、・・・ 

DRAM
主記憶(メインメモリ)に利用されます。過去問では、「リフレッシュ処理が必要であるが何度でも書換えができるので,主記憶などに使用される(H18春AD午前問1)」、「周期的にデータの再書込みが必要である(H28秋AP午前問21)」・・・

リフレッシュ
DRAMは時間が経過すると、電荷が失われ、データが消えてしまいます。そこで、リフレッシュ(再書き込み)が必要になります。

 

用途

価格

速度

リフレッシュ

DRAM

メインメモリ

安い

遅い

必要

SRAM

キャッシュメモリ

高い

速い

不要


不揮発性メモリ ⇒YES
電源を切ってもデータを保持できる。USBメモリがその代表です。電源を切っても(PCから抜いても)、データは消えませんよね。

.泪好ROM
工場でデータを書き込み、利用者が書き換えることはできません。ゲームソフトのように、一度書き込んだら後から変えないようなもので利用されます。書き換えることができない反面、大量生産でコストを抑えることができます。
過去問(H23秋FE午前問12)では、「組込みシステムのプログラムを格納するメモリとして,マスクROMを使用するメリット」として、「イ 出荷後のプログラムの不正な書換えを防ぐことができる」と述べられています。

PROM(Programmable ROM)
利用者がプログラム操作(Programmable)等によって書き換える記憶装置です。
  ア)UV-EPROM(Ultra-Violet Erasable PROM):Ultra-Violetとは、紫外線のことです。「UVケア」という言葉は、日常的に使いますよね。Ultra-Violet Erasableなので、紫外線(UV)で消去可能(Erasable)という意味です。 過去問では、「紫外線で全内容の消去ができる(H28秋AP午前問21)」 
  イ)EEPROM(Electrically Erasable PROM): ここに分類されるものの一つにフラッシュメモリがある。フラッシュメモリに関して過去問では、「ブロック単位で電気的に内容の消去ができる(H28秋AP午前問21)」、「書換えができる記憶保持型のメモリなので, USBメモリやSDカードに使用される(H18春AD午前問1)」、「ディジタルカメラの画像データや携帯音楽プレーヤの音楽データの記録媒体として利用されている(H21秋FE午前問9)」と述べられています。
応用情報技術者試験を勉強する成子 

CD-ROMはどちらに含まれるのですか?
CD-ROMやDVD-Rなどは、電子機器ではなく、半導体で出来ていません。よって、そもそも半導体メモリではありません。

半導体メモリに該当する部分を簡単に図にすると、以下のようになります。
メモリ 

過去問
H17春FE午前問16
問16 電気信号によってデータの書換え,消去が可能なメモリであり,電源を切っても内容を保持できるものはどれか。
ア DRAM
ウ フラッシュメモリ
イ SRAM
エ マスクROM
正解はウのフラッシュメモリ

H18春AD午前問1
問1 フラッシュメモリの特徴として,適切なものはどれか。
ア アクセスが高速なので,キャッシュメモリなどに使用される。 ⇒SRAM
イ 一度しか書き込めないので,プログラムメモリなどに使用される。⇒ROM
ウ 書換えができる記憶保持型のメモリなので, USBメモリやSDカードに使用される。⇒正解、フラッシュメモリ
エ リフレッシュ処理が必要であるが何度でも書換えができるので,主記憶などに使用される。⇒DRAM

(H22春IP問81)
問81 フラッシュメモリに関する記述として,適切なものはどれか。
ア 一度だけデータを書き込むことができ,以後読出し専用である。
イ 記憶内容の保持に電力供給を必要としない。
ウ 小型化が難しいので,ディジタルカメラの記憶媒体には利用されない。エ レーザ光を用いてデータの読み書きを行う。

H22秋AP午前
問70 ワンチップマイコンの内蔵メモリとしてフラッシュメモリが採用されている理由として,適切なものはどれか。
ア ソフトウェアのコードサイズを小さくできる。
イ マイコン出荷後もソフトウェアの書換えが可能である。
ウ マイコンの処理性能が向上する。
エ マスクROMよりも信頼性が向上する。

H21秋IP
問57 フラッシュメモリを用いたSSD (SoUd State Drive)\t,ハードディスクの代わりとして期待されている記憶装置である。このSSDを用いるときに留意すべき点はどれか。
ア 書込み回数に上限がある。
イ 書込みより読出しが遅い。
ウ 振動や衝撃に弱い。
エ ファイルの断片化による性能悪化が著しい。

H24春FE午前
問12 DRAMのリフレッシュ動作の説明として,適切なものはどれか。
ア 一定時間ごとに内容を外部記憶装置に書き込む。
イ システムの電源投入時に,全領域を0で初期化する。
ウ データを保持するために,一定時間ごとにアクセスする。
エ 内容を更新するときに,データを一旦消去する。

記憶装置には、CPU内のレジスタ、キャッシュメモリ、メインメモリ(主記憶)、補助記憶装置(HDDなど)があります。試験で最も問われるのは、この中のキャッシュメモリとメイン目もrです。

メモリとは
CPU,主記憶、補助記憶の関係は、机の上での仕事に置き換えられる例を見た人が多いでしょう。
皆さん、机の上で仕事をしますよね。皆さんの頭脳がCPUです。
メモリは机や書庫です。机の上に書類や資料を置きます。
机の上がキャッシュメモリです。すぐに手が届きます。脇卓がメインメモリです。毎回開け閉めをして書類を取り出します。壁にある書庫が補助記憶装置と考えましょう。

応用情報技術者試験のシラバス
メモリに関して以下の記載があります。
2. メモリ
(1)メモリの種類と特徴
半導体の記憶回路,磁気記憶,光記憶を用いたメモリなどの種類があること,半導体メモリ(IC メモリ)の種類,特徴(揮発性,不揮発性,アクセス速度,容量,コスト,物理サイズなど),代表的な用途,システム設計におけるメモリの選択の考え方を理解する。

用語例 RAM,ROM,DRAM,SRAM,リフレッシュ,マスクROM,PROM(Programmable Read Only Memory ), EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory),フラッシュメモリ,SDRAM(DDR2 SDRAM,DDR3 SDRAM)

(2)主記憶装置の構成
主記憶装置の構成,主記憶装置内のデータがアクセスされるアドレス選択動作,アクセス動作などの手順を理解する。

用語例 記憶部,アドレス選択機構,読取り書込み機構,ECC(誤り検出訂正),パリティ

(3)メモリシステムの構成と記憶階層
記憶階層の構成,キャッシュメモリからデータを主記憶に書き出す方式の種類と特徴を理解する。また,キャッシュメモリからデータを主記憶に書き出す方式を理解する。

用語例 補助記憶,ディスクキャッシュ,ライトスルー,ライトバック,ダイレクト方式,フルアソシエイティブ方式,セットアソシエイティブ方式,連想メモリ,命令キャッシュ,データキャッシュ

(4)アクセス方式
主記憶装置を高速化するメモリインタリーブ方式を理解する。

用語例 バンク

(5)メモリの容量と性能
アクセス時間とサイクル時間,キャッシュメモリのヒット率,ミス率,実効アクセス時間,ミスペナルティなど,メモリの容量と性能の関係を理解する。

(6)記録媒体の種類と特徴
取り外しできる記録媒体(リムーバブルメディア)の種類,記録容量,可搬性,利用法,用途などの特徴を理解する。

用語例 読出し専用型,追記型,書換型,ハードディスク,SSD(ソリッドステートドライブ),光ディスク,CD(CD-ROM,CD-R),DVD(DVD-ROM,DVD-RAM,DVD-R),ブルーレイディスク,光磁気ディスク,MO,半導体ディスク,フラッシュメモリ(USB メモリ,SD カード),ストリーマ,DAT,RAM ファイル

問21 フラッシュメモリに関する記述として,適切なものはどれか。

ア 高速に書換えができ,CPUのキャッシュメモリに用いられる。
イ 紫外線で全内容の消去ができる。
ウ 周期的にデータの再書込みが必要である。
エ ブロック単位で電気的に内容の消去ができる。
正解は、エです。

問18 プログラムで使用可能な実メモリ枠が3ページである仮想記憶システムにおいて大きさ6ページのプログラムが実行されたとき,ページフォールトは何回発生するか。ここで,プログラム実行時のページ読込み順序は, 0,1,2, 3,4,0,2,4,3,1,4,5とする。ページング方式は,LRU (Least Recently Used)とし,初期状態では,実メモリにはいずれのページも読み込まれていないものとする。
ア 9
イ 10
ウ 11
エ 12
正解は、イです。

問16 プログラム実行時の主記憶管理に関する記述として,適切なものはどれか。

ア 主記憶の空き領域を結合して一つの連続した領域にすることを,可変区画方式という。
イ プログラムが使用しなくなったヒープ領域を回収して再度使用可能にすることを,ガーベジコレクションという。
ウ プログラムの実行中に主記憶内でモジュールの格納位置を移動させることを,動的リンキングという。
エ プログラムの実行中に必要になった時点でモジュールをロードすることを,動的再配置という。
正解は、イです。

平成28年秋期 午前 問10
問10 メモリインタリーブの目的として,適切なものはどれか。

ア 同一のバンクに連続してアクセスしたとき,アクセス時間を短くする。
イ 同一のバンクの連続したアドレスにアクセスしたとき,キャッシュミス発生時のアクセス時間を短くする。
ウ 一つのバンクが故障しても,システムが停止しないようにする。
エ 複数のバンクに割り振った連続したアドレスにアクセスしたとき,アクセス時間を短くする。
正解は、エです。

■H29秋
問9 メモリインタリーブの説明はどれか。
ア CPUと磁気ディスク装置との間に半導体メモリによるデータバッファを設けて,磁気ディスクアクセスの高速化を図る。
イ 主記憶のデータの一部をキャッシュメモリにコピーすることによって,CPUと主記憶とのアクセス速度のギャップを埋め,メモリアクセスの高速化を図る。
ウ 主記憶へのアクセスを高速化するために,アクセス要求,データの読み書き及び後処理が終わってから,次のメモリアクセスの処理に移る。
エ 主記憶を複数の独立したグループに分けて,各グループに交互にアクセスすることによって,主記憶へのアクセスの高速化を図る。

【正解】エ

■H25秋
問10 メモリインタリーブの説明として,適切なものはどれか。
ア 新しい情報をキャッシュメモリに取り出すとき,キャッシュ上では不要になった情報を主記憶に書き込む。
イ 主記憶のアクセス時間と磁気ディスクのアクセス時間とのギャップを補う。
ウ 主記憶の更新と同時にキャッシュメモリの更新を行う。
エ 主記憶を幾つかの区画に分割し,連続したメモリアドレスへのアクセスを高速化する。

【正解】エ

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