Кэш-память процессорной системы уязвима к одиночным сбоям в условиях воздействия ионизирующего излучения. На этапе разработки архитектуры системы необходимо проводить сравнительный анализ различных конфигураций кэш-памяти. В качестве средства для быстрого получения подобных оценок предложена аналитическая модель, описывающая ход вычислительного процесса с помощью модели независимых обращений. Рассмотрены случаи кэш-памяти, не реализующей мер повышения надежности, кэш-памяти с помехоустойчивым кодированием без и с исправлением обнаруженной ошибки, а также кэш-памяти с просеиванием. Определен показатель уязвимости как критерий оценки надежности процессорной системы в присутствии ошибок. Проведенный анализ подтвердил, что существующие для кэш-памяти эффекты самовосстановления не способны обеспечить необходимый уровень маскирования ошибок и требуется использование дополнительных мер повышения надежности. В целом, предложенный подход к аналитической оценке надежности позволяет провести более детальный анализ по сравнению с традиционными подходами статистического моделирования.