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メモリ / ストレージ

Last updated at Posted at 2023-09-30

はじめに

コンピュータの記憶装置には、データを一時的に保持する 主記憶装置(メインメモリ) と、長期間保存するための 補助記憶装置(ストレージ) がある。

メインメモリはプログラムやデータが読み書きされる場所であり、揮発性データの一時保管が行われる。

補助記憶装置は、具体的にはハードディスクドライブ、SSD(Solid State Device)、外部ストレージ、VHS、カセットテープなどを指し、長期的な不揮発性データ長期保管が行われる。

通常、アプリケーションは補助記憶装置からメインメモリ上にロードされて、実行される

主記憶装置

メインメモリ のこと。

コンピュータがプログラムを実行する際に使用されるメモリであり、アプリケーションプログラムや OS が実行される空間。

主にRAMが使用される。

アクセスが高速で、電源供給を失うとデータも消失する(揮発性)。

基盤上でCPUと直に接続されている。メモリーチップなどを基盤に実装したものをメモリモジュールと呼ぶ。

メモリを設置する部分をメモリスロットと呼ぶ。ノートPCやタブレットでは、メモリがマザーボードに対して直接つけられているため、メモリースロットがない場合が多い。

低スペックなもので4GB(ライトユーザー向け)、高スペックなもので32GB以上。ゲームが目的なら64GBはオーバースペックなので、32GBにすると良いらしい。開発では16GB以上は欲しいらしい。画像を多く扱ったり、動画編集までするなら16GBか32GBくらいは必要らしい。

単にメモリといった場合、メインメモリを指す場合が多い。

RAM

Random Access Memory

主に、メインメモリに利用される。

アクセスが高速で、揮発性。何度でも書き換えることができる。

またRAMの中には、さらにDRAM(Dynamic)とSRAM(Static)という分類が存在する。

DRAM

Dynamic Random Access Memory

緑色の基盤に乗っている、黒い板のように見えるメモリ。
DRAM.jpgDRAM_2.jpg

DRAMは、記憶素子に電荷を蓄えた状態(高電圧)状態を1、電荷を蓄えていない状態(低電圧)を0として情報を保持する。

電荷は時間の経過と共に失われていくため、定期的に電荷を貯め直すリフレッシュ操作が必要。

SRAMよりも安価であるため、主にメインメモリに使用される。

SRAM

Static Random Access Memory

黒い長方形の左右に、ムカデの足のようなものがいっぱいついているメモリ。
SRAM.jpg

フリップフロップ(論理)回路を使用して情報を保持するため、DRAMのようなリフレッシュ操作を必要としない。

高速に情報へアクセスすることができ、また消費電力が小さく省電力であることからDRAMよりも高価。

そのため、CPUとDRAMとの間に設置されるキャッシュメモリに使用される。

キャッシュメモリ

CPU に搭載されるメモリ。

速度の関係は以下の順になっている。

CPUの速度比較
メインメモリ < キャッシュメモリ < レジスタ

容量や速度の異なるキャッシュメモリが複数搭載された場合、一次キャッシュ、二次キャッシュなどと、いくつかの階層に分けられることがある。

一次キャッシュはL1キャッシュ、プライマリキャッシュなどと呼ばれることもあり、階層の中では最もアクセスが高速、かつ低容量(つまり高価)。CPUは一次キャッシュを最も優先してアクセスする。PCでは数KB~数十KBくらいの容量。二次キャッシュは数百KB~数MBくらい。(製品によって違いがあるので、あくまでも素人の私が今後キャッシュメモリと聞いたときに、イメージできるようにしたい容量です)

補助記憶装置

ストレージ のこと。

データを永続的に保存するための記憶装置(非揮発性)。

主にハードディスクドライブ(HDD)、SSD、USBメモリ、SDカードなど。

電源供給を失ってもデータが保持される。

ROM

Read-Only Memory

補助記憶装置として利用されるメモリ。

データの書き換えができない(不揮発性)。

主に固定のデータ(ファームウェア、ブートローダなど)を保存するために使用される。

ファームウェア とは、機器に直接埋め込まれたソフトウェアで、デバイスの制御、設定、動作を管理するプログラムを指す。

ブートローダ は、コンピュータの電源を入れた時に、OSを読み込み、起動する役割を持つプログラムを指す。

家電製品などのあらかじめ決まった動作のみ行うコンピュータや、CD、ゲームソフト等にも使用される。

マスクROM

一般的にROMと言った場合、マスクROMのことを指している場合が多い。

ROM は「Real-Only(読み取り専用)」という名前だが、以下のROMは書き換えることができる。
歴史的にはRAMとROMの分類が先に存在していて、技術の進歩によって書換可能なROMが開発されたという経緯がある。

PROM

Programmable Read-Only Memory

通常のROMと違い、特定のプロセスや条件下でデータを再度書き換えることができるROM。

EPROM

Erasable Programmable Read-Only Memory

紫外線を放射する装置を用いてデータの消去が可能なROM。

データの書込は電気信号を通じて行い、紫外線を使ってデータをリセット(削除)することで、再度書き込みができる状態に戻すことができる。

EEPROM

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

EPROMの中には、データの書込、削除がどちらも電気信号で行うことができるものが存在し、それらはEEPROMと呼ばれる。

EEPROMは、基本的にはビット単位でデータの書き込み、削除が行われるが、複数のビットを同時に操作することができる フラッシュメモリ といった進化形も存在する。

フラッシュメモリ

セクターやブロック単位での操作ができ、ビット単位よりもより効率的にデータを処理することができる。

主に、デジカメ、USBメモリ、SSD、スマホなどのデータの保存に利用される。

SAM

Sequencial Access Memory

メモリとして分類されるものではないが、RAM、ROMと似た用語にSAMというものがある。

SAMは補助記憶装置の一つで、連続した記憶領域に順番にアクセスを行う。

RAMは任意のアドレスに直接アクセスが可能なのに対して、SAMは特定の位置から順番にしかデータにアクセスできない。

VHSや、カセットテープなど。

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