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キャッシュメモリとは:用語解説

キャッシュメモリとは、CPUとメインメモリ(主記憶装置)の間にある記憶装置です。CPUはアクセスする頻度の高いデータや命令をキャッシュメモリに保存しておきます。メインメモリよりもCPUに近い位置にあるキャッシュメモリからデータや命令を読み込むことで、メモリアクセスの時間を短縮できるので、CPU性能の向上につながります。

以前はCPUのチップの外部にキャッシュメモリを搭載するのが主流でしたが、半導体微細化技術の向上により、現在はCPUのチップ上にキャッシュメモリを搭載しています。 キャッシュメモリのオンチップ化により、CPUからのアクセス距離がさらに短くなり、データの読み込み、書き出し処理を高速に行うことができます。
なお、現在多くのキャッシュメモリはSRAMと呼ばれる記憶素子で構成されています。

キャッシュメモリの仕組み

(1) キャッシュメモリにデータがない場合
CPUはデータを読み込む際に、まずキャッシュメモリ上を探します。
キャッシュメモリにデータがない場合は、メインメモリにデータを探しに行きます。メインメモリでデータを見つけたら、メインメモリからデータを読み込みます。その際、キャッシュメモリにも保存しておきます。
メインメモリはCPUからの距離が遠いので、アクセスに時間がかかります。

(2) キャッシュメモリにデータがある場合
次に同じデータを読み込む際に、キャッシュメモリから読み込むことができます。キャッシュメモリはCPUからの距離が近いので、短時間でデータを読み込むことができます。

段階的なキャッシュメモリとアクセス時間

CPUが効率よくデータアクセスをするために、キャッシュメモリは階層構造になっています。
CPUからのアクセス距離が短い順に、1次キャッシュメモリ、2次キャッシュメモリがあり、それぞれにアクセス頻度に応じたデータや命令を格納しています。
アクセス頻度が高いデータや命令をより近くのキャッシュメモリに置き、あまりアクセスしないものはメインメモリに置くことで、効率よくデータにアクセスすることができます。

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