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2026年版・2-2

メモリと記憶階層の一問一答

基本情報技術者試験 科目A「コンピュータシステム」から、メモリと記憶階層に関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。科目Aの本試験と同じく、4択で出題しています。

問12-2

キャッシュメモリのアクセス時間が10ナノ秒、主記憶のアクセス時間が60ナノ秒、キャッシュメモリのヒット率が0.9であるとき、実効アクセス時間は何ナノ秒か。

  • ①9ナノ秒
  • ②35ナノ秒
  • ③15ナノ秒
  • ④69ナノ秒
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正解 ③15ナノ秒
解説
実効アクセス時間は、キャッシュメモリにデータがある（ヒットする）場合と、ない場合（主記憶にアクセスする場合）の時間を、それぞれの確率で重み付けして求めます。
実効アクセス時間 ＝ キャッシュのアクセス時間 × ヒット率 ＋ 主記憶のアクセス時間 ×（1 − ヒット率）
＝ 10 × 0.9 ＋ 60 × 0.1 ＝ 9 ＋ 6 ＝ 15ナノ秒

他の選択肢が不適切な理由
・9ナノ秒：ヒットした場合の分だけを計算し、主記憶の分を足していません。
・35ナノ秒：ヒット率を考えず、2つのアクセス時間を単純に平均した値です。
・69ナノ秒：主記憶のアクセス時間にキャッシュのヒットした場合の時間を足した誤りです。

覚え方のポイント
「実効アクセス時間＝キャッシュ×ヒット率＋主記憶×（1−ヒット率）」。確率の合計が1になるように組み合わせる、期待値の計算と同じ形です。
問22-2

キャッシュメモリのアクセス時間が10ナノ秒、主記憶のアクセス時間が110ナノ秒のコンピュータで、実効アクセス時間を20ナノ秒にしたい。必要なキャッシュメモリのヒット率はいくらか。

  • ①0.80
  • ②0.90
  • ③0.85
  • ④0.95
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正解 ②0.90
解説
ヒット率をhとして、実効アクセス時間の式に当てはめます。
10 × h ＋ 110 ×（1 − h）＝ 20
10h ＋ 110 − 110h ＝ 20
−100h ＝ −90
h ＝ 0.9
したがって、必要なヒット率は0.90です。

他の選択肢が不適切な理由
・0.80：実効アクセス時間は 10×0.8＋110×0.2 ＝ 30ナノ秒になります。
・0.85：実効アクセス時間は 10×0.85＋110×0.15 ＝ 25ナノ秒になります。
・0.95：実効アクセス時間は 10×0.95＋110×0.05 ＝ 15ナノ秒となり、目標より速くなります。

覚え方のポイント
ヒット率を求める問題も、実効アクセス時間の式を立ててhについて解くだけです。選択肢を式に代入して確かめる方法も、試験では速くて確実です。
問32-2

キャッシュメモリへの書込み方式のうち、ライトバック方式の説明として最も適切なものはどれか。

  • ①書込みのたびに、キャッシュと主記憶の両方に同時にデータを書き込む
  • ②書込みはキャッシュだけに行い、追い出されるときに主記憶へ反映する
  • ③書込みは主記憶だけに行い、キャッシュには読出しのときだけデータを置く
  • ④書込みのたびにキャッシュの全データを消去し、主記憶から読み直す
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正解 ②書込みはキャッシュだけに行い、追い出されるときに主記憶へ反映する
解説
ライトバック方式は、CPUからの書込みをキャッシュメモリにだけ行い、主記憶への反映は、そのデータがキャッシュから追い出される（置き換えられる）ときにまとめて行う方式です。主記憶への書込みの回数が減るため高速ですが、一時的にキャッシュと主記憶の内容が一致しない状態になるため、一致を保つための制御が複雑になります。

他の選択肢が不適切な理由
・キャッシュと主記憶の両方に同時に書き込む：ライトスルー方式の説明です。内容が常に一致する反面、書込みのたびに主記憶へアクセスするため遅くなります。
・主記憶だけに書き込む：ライトバック方式の説明ではありません。
・書込みのたびにキャッシュを全消去：キャッシュの効果が失われるため、使われない方法です。

覚え方のポイント
「ライトスルー＝通り抜けて主記憶にも書く（一致・遅い）」「ライトバック＝後で戻す（速い・制御が複雑）」。
問42-2

DRAMの説明として、最も適切なものはどれか。

  • ①コンデンサに電荷を蓄えて記憶し、一定時間ごとにリフレッシュが必要
  • ②フリップフロップ回路で記憶し、リフレッシュが不要で高速に動作する
  • ③電源を切っても記憶内容が保持され、ブロック単位で内容を消去する
  • ④製造時に書き込んだ内容を変更できず、読出し専用で使われる
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正解 ①コンデンサに電荷を蓄えて記憶し、一定時間ごとにリフレッシュが必要
解説
DRAM（Dynamic RAM）は、コンデンサに電荷を蓄えるかどうかで1ビットを記憶するメモリです。電荷は時間とともに漏れて失われるため、一定時間ごとに記憶内容を読み出して書き直すリフレッシュ動作が必要です。構造が単純で大容量・低価格にできるため、主記憶に使われます。電源を切ると内容が消える揮発性メモリです。

他の選択肢が不適切な理由
・フリップフロップ回路で記憶し、リフレッシュ不要で高速：SRAMの説明です。SRAMはキャッシュメモリに使われます。
・電源を切っても保持され、ブロック単位で消去：フラッシュメモリの説明です。
・製造時に書き込み、変更できない：マスクROMの説明です。

覚え方のポイント
「DRAM＝コンデンサ・リフレッシュ必要・大容量で安い・主記憶」「SRAM＝フリップフロップ・リフレッシュ不要・高速で高い・キャッシュ」。
問52-2

フラッシュメモリの特徴として、最も適切なものはどれか。

  • ①書き換えの回数に上限がなく、同じ位置に何度でも書き込める
  • ②電源を切ると内容が消え、記憶を保つためにリフレッシュが必要になる
  • ③紫外線を照射することで、書き込んだ内容を全て消去できる
  • ④電源を切っても内容が消えず、データの消去はブロック単位で行う
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正解 ④電源を切っても内容が消えず、データの消去はブロック単位で行う
解説
フラッシュメモリは、電気的にデータの書込み・消去ができる不揮発性の半導体メモリで、データの消去をブロック単位でまとめて行うのが特徴です。SSD、USBメモリ、SDカードなどに使われています。ただし、書き換えの回数には上限があるため、書込み位置を分散させる工夫（ウェアレベリング）が行われています。

他の選択肢が不適切な理由
・電源を切ると内容が消え、リフレッシュが必要：DRAMの説明です。
・紫外線を照射して消去：UV-EPROMの説明です。
・書き換えの回数に上限がない：フラッシュメモリには書き換え回数の上限があります。

覚え方のポイント
「フラッシュメモリ＝不揮発・ブロック単位で一括消去・書換え回数に上限」。一括消去の様子がカメラのフラッシュのように一瞬であることが名前の由来とされています。
問62-2

キャッシュメモリが処理の高速化に有効に働く理由となる、プログラムの性質はどれか。

  • ①命令の可変長性
  • ②データの冗長性
  • ③参照の局所性
  • ④処理の並列性
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正解 ③参照の局所性
解説
参照の局所性とは、プログラムが一度アクセスしたデータや命令に、近いうちに再びアクセスしやすい（時間的局所性）、また、その近くの番地にもアクセスしやすい（空間的局所性）という性質です。この性質があるため、最近使ったデータとその周辺をキャッシュメモリに置いておけば、次のアクセスでヒットする確率が高くなり、処理が速くなります。

他の選択肢が不適切な理由
・データの冗長性：同じデータが重複して存在することで、キャッシュが有効に働く理由ではありません。
・命令の可変長性：命令の長さが一定でない性質で、CISCの特徴です。
・処理の並列性：複数の処理を同時に行える性質で、マルチコアやパイプラインに関係します。

覚え方のポイント
「最近使ったものはまた使う（時間的局所性）」「近くのものも使う（空間的局所性）」。仮想記憶のページ置換（LRU）も、この局所性を前提にしています。
問72-2

主記憶を複数の独立した区画（バンク）に分け、連続したアドレスを異なるバンクに割り当てて並行にアクセスすることで、アクセスを高速化する方式はどれか。

  • ①キャッシュメモリ
  • ②仮想記憶
  • ③メモリインタリーブ
  • ④ディスクキャッシュ
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正解 ③メモリインタリーブ
解説
メモリインタリーブは、主記憶を複数のバンクに分け、連続したアドレスを順番に異なるバンクに割り当てる方式です。連続したアドレスを読み出すとき、複数のバンクに同時にアクセスできるため、主記憶へのアクセスが見かけ上高速になります。

他の選択肢が不適切な理由
・キャッシュメモリ：CPUと主記憶の間に置く高速な小容量のメモリで、よく使うデータを保持して高速化します。
・仮想記憶：補助記憶の一部を使って、主記憶より大きな記憶空間を利用できるようにする仕組みです。
・ディスクキャッシュ：主記憶と磁気ディスクの間に置くバッファで、ディスクへのアクセスを高速化します。

覚え方のポイント
「インタリーブ＝交互に割り振る」。主記憶を並べて同時に動かす工夫、と覚えましょう。
問82-2

電気的に内容を書き換えることができる不揮発性のメモリはどれか。

  • ①SRAM
  • ②EEPROM
  • ③DRAM
  • ④マスクROM
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正解 ②EEPROM
解説
EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM）は、電気的に内容の消去と書込みができる不揮発性のメモリです。電源を切っても内容が保持されるため、機器の設定値の保存などに使われます。フラッシュメモリも、EEPROMの一種を発展させたものです。

他の選択肢が不適切な理由
・マスクROM：製造時に内容を書き込み、その後は書き換えられない読出し専用のメモリです。
・SRAM：書き換えはできますが、電源を切ると内容が消える揮発性のメモリです。
・DRAM：書き換えはできますが、揮発性で、リフレッシュも必要なメモリです。

覚え方のポイント
「ROM＝電源を切っても消えない（不揮発）」「RAM＝電源を切ると消える（揮発）」。ROMの中でも、書き換えられないマスクROMと、電気的に書き換えられるEEPROMを区別しましょう。
問92-2

記憶階層に関する記述として、最も適切なものはどれか。

  • ①CPUに近い上位の階層ほど、高速で容量が小さく、容量あたりの価格が高い
  • ②CPUに近い上位の階層ほど、低速で容量が大きく、容量あたりの価格が安い
  • ③どの階層の記憶装置も、アクセス速度と容量あたりの価格はほぼ同じである
  • ④下位の階層ほど高速なため、よく使うデータを補助記憶装置に置いて使う
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正解 ①CPUに近い上位の階層ほど、高速で容量が小さく、容量あたりの価格が高い
解説
記憶装置は、レジスタ → キャッシュメモリ → 主記憶 → ディスクキャッシュ → 補助記憶 のように階層構造になっています。CPUに近い上位の階層ほど高速ですが、容量が小さく、容量あたりの価格が高くなります。よく使うデータを上位の階層に置くことで、速さと容量・価格のバランスをとっています。

他の選択肢が不適切な理由
・上位ほど低速で容量が大きく安い：関係が逆です。
・どの階層も速度と価格がほぼ同じ：階層によって大きく異なるからこそ、階層構造にしています。
・下位ほど高速：下位（補助記憶）ほど低速です。よく使うデータは上位の階層に置きます。

覚え方のポイント
「上ほど速い・小さい・高い」。記憶階層は、参照の局所性を利用して、速さと容量を両立させる仕組みです。
問102-2

主記憶のアドレスを16ビットで表すとき、区別できるアドレスの数はいくつか。

  • ①16
  • ②256
  • ③32,768
  • ④65,536
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正解 ④65,536
解説
nビットで表せるパターンは2のn乗通りなので、16ビットのアドレスで区別できるアドレスの数は、
216 ＝ 65,536
です。1つのアドレスに1バイトを割り当てる場合、扱える主記憶の容量は65,536バイト（64Kバイト、1Kバイト＝1,024バイトとして）になります。

他の選択肢が不適切な理由
・16：ビット数をそのまま答えた誤りです。
・256：8ビット（28）で区別できる数です。
・32,768：15ビット（215）で区別できる数、または16ビットの2の補数で表せる正の数の個数に近い値です。

覚え方のポイント
アドレスのビット数が1増えると、扱える容量は2倍になります。32ビットなら232＝約43億（4Gバイト）で、これが32ビットのOSで扱える主記憶の上限の目安になっていました。

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※本ページの問題・解説は、生成AI（人工知能）を活用して作成しています。

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