【ITパスポート試験】CPUは頭脳、キャッシュメモリは記憶の仮置場
この記事では、ITパスポート試験合格を目指す方に、学習すべきことと過去問題を紹介しています。「試験のための勉強」で終わらないように、身近な例を挙げてわかりやすく解説していきます。
CPUはコンピュータ全体の動作を制御する部分と、四則演算をはじめとする各種演算を行う部分の両方を含む部品です。コンピュータにとっての「頭脳」にあたるので、この部品の性能がコンピュータの処理速度に大きく影響します。このCPUの仕組みを確認していきます。
CPUはコンピュータの頭脳として、他の装置とデータのやりとりを行います。このとき、各装置で動作の速度が異なっていると、スムーズなやりとりができません。そのため、「クロック」と呼ばれる周期的な信号にあわせて動くのが決まりごとになっています。
クロック周波数は頭の回転速度
CPUもこのクロックという周期信号にあわせて動作を行います。1周期の時間が短ければ短いほど、より多くの処理ができる＝「性能が高い」ということになります。
クロックが1秒間に繰り返される回数のことをクロック周波数と呼びます。単位は、「○○ MHz（メガヘルツ）」「○○ GHz（ギガヘルツ）」のように表されます。例えば「クロック周波数1GHzのCPU」の場合、1秒間に10億回（1G＝1,000,000,000回）振動していることになります。
キャッシュメモリは記憶の仮置場
CPUは、コンピュータの動作に必要なデータやプログラムをメモリ（主記憶装置）との間でやり取りしています。しかしCPUに比べるとメモリは非常に遅いので、読み書きのたびにメモリへアクセスしていると、待ち時間ばかりになってしまいます。
そこでメモリとCPUの間に、より高速に読み書きできるメモリを置いて、速度差によるロスを吸収させます。これをキャッシュメモリと呼びます。
CPUの中にはこのキャッシュメモリが入っていて、処理の高速化が図られています。
【ITパスポート試験】過去問題練習と解説
CPUに関する記述-1（H29年秋期）
問：CPUの性能に関する記述のうち，適切なものはどれか。
ア 32ビットCPUと64ビットCPUでは，32ビットCPUの方が一度に処理するデータ長を大きくできる。
イ CPU内のキャッシュメモリの容量は，少ないほど処理速度が向上する。
ウ 同じ構造のCPUにおいて，クロック周波数を上げると処理速度が向上する。
エ デュアルコアCPUとクアッドコアCPUでは，デュアルコアCPUの方が同時に実行する処理の数を多くできる。
出典：ITパスポート試験ドットコム
キャッシュメモリ-1（H30年春期）
問：キャッシュメモリに関する記述のうち，適切なものはどれか。
ア：キャッシュメモリにヒットしない場合に割込みが生じ，プログラムによって主記憶からキャッシュメモリにデータが転送される。
イ：キャッシュメモリは，実記憶と仮想記憶とのメモリ容量の差を埋めるために採用される。
ウ：データ書込み命令を実行したときに，キャッシュメモリと主記憶の両方を書き換える方式と，キャッシュメモリだけを書き換えておき，主記憶の書換えはキャッシュメモリから当該データが追い出されるときに行う方式とがある。
エ：半導体メモリのアクセス速度の向上が著しいので，キャッシュメモリの必要性は減っている。
出典：基本情報技術者試験ドットコム
キャッシュメモリ-2（H29年春期）
CPUのキャッシュメモリに関する説明のうち，適切なものはどれか。
ア キャッシュメモリのサイズは，主記憶のサイズよりも大きいか同じである。
イ キャッシュメモリは，主記憶の実効アクセス時間を短縮するために使われる。
ウ 主記憶の大きいコンピュータには，キャッシュメモリを搭載しても効果はない。
エ 制御装置の制御機能は、出力機能に対しての記憶機能のデータを出力するように依頼を出します。
出典：ITパスポート試験ドットコム
CPUは頭脳、キャッシュメモリは記憶の仮置場 まとめ
- CPUは、コンピュータにとっての頭脳で、この部品の性能が処理速度に大きく影響する。
- CPUは、クロックという周期信号にあわせて動作し、1周期の時間が短いほど、性能が高い。
- キャッシュメモリは、CPUとメモリの間にあり、メモリとのやりとりを減らすことで、処理時間短縮できる。
