応用情報技術者試験 - Applied Information Technology Engineer Computer System Architecture Questions and Answers — Questions and Answers
Question 1: プロセッサの性能評価指標であるMIPS (Million Instructions Per Second) に関する記述として、最も適切なものはどれか。
- 異なるアーキテクチャのプロセッサ間の性能比較には適していない。 (Correct answer)
- 1秒間に実行可能な浮動小数点演算の回数を百万回単位で示す。
- 値が小さいほど、プロセッサの性能が高いことを示す。
- 命令の種類ごとの実行時間の違いを考慮した、命令ミックスによって算出される固定値である。
Correct answer: 異なるアーキテクチャのプロセッサ間の性能比較には適していない。
MIPSは1秒間に実行できる命令数を百万単位で表す指標ですが、命令セットアーキテクチャ（ISA）が異なると、1つの命令で実行できる処理内容が大きく異なるため、異なるアーキテクチャを持つプロセッサの性能を単純にMIPS値で比較することは適切ではありません。 例えば、CISCアーキテクチャの1命令がRISCアーキテクチャの複数命令に相当することがあります。 したがって、同じ種類のプロセッサ同士の比較に用いられるのが一般的です。
Question 2: キャッシュメモリの書き込み方式に関する次の記述のうち、ライトバック方式を説明しているものはどれか。
- CPUがデータを書き込む際、まずキャッシュメモリにのみ書き込み、主記憶への書き込みは、そのデータがキャッシュメモリから追い出される時に行う。 (Correct answer)
- CPUがデータを書き込む際、キャッシュメモリと主記憶の両方に同時に書き込みを行う。
- CPUがデータを書き込む際、主記憶にのみ書き込み、キャッシュメモリの内容は変更しない。
- CPUがデータを書き込む際、キャッシュメモリに書き込み、一定時間ごとにキャッシュの内容をまとめて主記憶に書き込む。
Correct answer: CPUがデータを書き込む際、まずキャッシュメモリにのみ書き込み、主記憶への書き込みは、そのデータがキャッシュメモリから追い出される時に行う。
ライトバック方式は、CPUがデータを書き込む際に、まず高速なキャッシュメモリにのみ書き込みを行います。 主記憶への実際の書き込みは、そのデータが含まれるキャッシュラインがキャッシュから追い出される（置換される）タイミングで行われます。 これにより、書き込み処理が高速化されますが、キャッシュと主記憶の内容が一時的に不一致になる可能性があります。
Question 3: プロセッサのパイプライン処理において発生するハザードのうち、後続の命令が直前の命令の実行結果を利用するために、処理を一時停止しなければならない状態を何と呼ぶか。
- 制御ハザード
- 構造ハザード
- データハザード (Correct answer)
- 分岐ハザード
Correct answer: データハザード
データハザードは、パイプライン処理において、ある命令がその前の命令の実行結果を必要とする場合に発生します。 前の命令の結果が確定するまで、後の命令は処理を進めることができず、パイプラインが一時的に停止（ストール）します。これをデータハザードと呼びます。
Question 4: 命令セットアーキテクチャ(ISA)に関する記述として、RISC (Reduced Instruction Set Computer) の特徴に該当するものはどれか。
- 命令長が可変であり、メモリ上のプログラムサイズを小さくできる。
- 複雑で多機能な命令を多数持ち、一つの命令で多くの処理を実行できる。
- 単純で固定長の命令が多く、パイプライン処理に適している。 (Correct answer)
- マイクロプログラム（マイクロコード）による制御方式が必須である。
Correct answer: 単純で固定長の命令が多く、パイプライン処理に適している。
RISC (Reduced Instruction Set Computer) は、名前の通り「縮小命令セットコンピュータ」です。 その特徴は、命令の種類を基本的なものに絞り、各命令を単純化・固定長化している点にあります。 これにより、命令のデコードが容易になり、パイプライン処理を効率的に行うことができます。 一方、CISC (Complex Instruction Set Computer) は可変長で複雑な命令を持ちます。
Question 5: 主記憶へのアクセスを高速化する技術の一つであるメモリインタリーブに関する記述として、最も適切なものはどれか。
- CPUと主記憶の間に高速なSRAMを配置し、よく使うデータを保持する。
- 主記憶を複数の独立したバンクに分け、各バンクへ並列にアクセスすることで、実効的なデータ転送速度を向上させる。 (Correct answer)
- 仮想記憶において、主記憶のページを補助記憶装置の領域と対応付ける。
- DMAコントローラが、CPUを介さずに主記憶と入出力装置との間で直接データ転送を行う。
Correct answer: 主記憶を複数の独立したバンクに分け、各バンクへ並列にアクセスすることで、実効的なデータ転送速度を向上させる。
メモリインタリーブは、主記憶（メインメモリ）を複数のバンクと呼ばれる区画に分割し、CPUが連続したアドレスにアクセスする際に、それらのアクセスを各バンクに振り分けて並列に処理する技術です。 これにより、一つのバンクがデータ転送を完了するのを待つことなく、次のバンクへのアクセスを開始できるため、CPUの待ち時間が減少し、主記憶へのアクセスが高速化されます。
Question 6: コンピュータの拡張バスインタフェースであるPCI Expressに関する記述として、適切なものはどれか。
- 複数のデバイスが単一のバスを共有するパラレル転送方式である。
- ポイントツーポイントで接続されるシリアル転送方式であり、レーン数を増やすことで転送速度を向上させることができる。 (Correct answer)
- グラフィックス専用のインタフェース規格であり、他の周辺機器は接続できない。
- 下位互換性がなく、新しい世代のスロットに古い世代のカードを装着することはできない。
Correct answer: ポイントツーポイントで接続されるシリアル転送方式であり、レーン数を増やすことで転送速度を向上させることができる。
PCI Express (PCIe) は、従来のPCIバスのようなパラレル転送ではなく、ポイントツーポイントで接続されるシリアル転送方式を採用しています。 1本または複数のレーンと呼ばれる信号線を束ねて使用し、レーンの数を増やす（x1, x4, x8, x16など）ことで、データ転送帯域を柔軟に拡張できるのが特徴です。 また、下位互換性も考慮されており、新しい世代のスロットに古い世代のカードを接続することも可能です。
応用情報技術者試験 - Applied Information Technology Engineer Computer System Architecture Questions and Answers
プロセッサの性能評価指標であるMIPS (Million Instructions Per Second) に関する記述として、最も適切なものはどれか。