基本情報技術者試験(FE) ~コンピュータシステム「コンピュータの構成要素(メモリ)」~ 【第1回】

この記事は2013年5月31日に書かれたものです。内容が古い可能性がありますのでご注意ください。


コンピュータシステム

 

コンピュータの構成要素(メモリ) その1

 

記憶階層

 
「記憶階層」は、様々な記憶装置のアクセス速度と容量の関係を階層的に示したものです。
 
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メモリの種類

 
半導体も用いた集積回路(IC)で作られた記憶媒体を「半導体メモリ(ICメモリ)」といいます。「半導体メモリ」には、書き換えのできない「ROM」と自由に書き込むことができる「RAM」があります。
「半導体メモリ」には、以下のようなものがあります。
 

種類 説明 分類 用途
RAM(揮発性) 電源を切ると記憶している内容が消去される性質で「揮発性」をもったメモリ。 DRAM(MOS型) SDRAM
RDRAM
SRAM(ハイボーラ型)
ROM(不揮発性) 電源を切ると記憶している内容が保持する性質で「不揮発性」をもったメモリ。 マスクROM
PROM
EPROM
EEPROM フラッシュメモリ

 

メモリの種類(ROM)

 
「ROM(Read Only Memory)」は、電源を切断しても記憶が消去されない「不揮発性」の半導体メモリです。一度しか書き込めないマスクROMやPROM、特殊な方法を使って何回でも書き換えができるEPROMなどがあります。

以下は、ROMの種類と特徴をまとめたものです。
 

種類 書込み 消去 特徴
マスクROM(Masked ROM) × × 製造時点で記憶(工場出荷時に記憶)。
PROM(Programmable ROM) × PROMの使用者が最初に書き込む。
EPROM(Erasable PROM) 利用者が電気的に書き込む。紫外線を照射することで一括消去。
EEPROM(Electrically EPROM) 一括消去と書換えが可能。電気的に消去。
フラッシュメモリ(Flash Memory) 消去と書換えが一括またはブロック単位で可能。電気的に消去。

 

メモリの種類(RAM)

 
「RAM(Random Access Memory)」は、電源を切断すると記憶内容が失われる「揮発性」の半導体メモリです。
ROMと違い、自由に内容が変更できるようになっています。そのため、「主記憶装置(メインメモリ)」やグラフィックメモリ、キャッシュメモリなどに使用されています。
代表的なRAMに、SRAMとDRAMがあります。

以下は、これらの特徴をまとめたものです。
 

比較項目 SRAM DRAM
集積度 低(小容量) 高(大容量)
アクセス速度 速い 遅い
価格 高価 安価
用途 キャッシュメモリ
バッテリで動作する機器
主記憶装置
動作 リフレッシュが不要 リフレッシュが必要
構造 フリップフロップ
構造が複雑
コンデンサとトランジスタ
構造が簡単

 
①SRAM
「SRAM(Static RAM)」は、「フリップフロップ」で構成されているので、リフレッシュ動作が不要で、情報の読み書きが高速です。
しかし、「DRAM」と比較して構造が複雑であることから、単位容量当たりのコストが高くなります。
「フリップフロップ」とは、2つの安定状態を保ち、一方の状態を変化させるまで前の状態を保つ回路。「双安定回路」ともいいます。

②DRAM
「DRAM(Dynamic RAM)」は、コンデンサとトランジスタで構成されていて、コンデンサに蓄えられた電荷の有無で「0」と「1」を表します。時間が経過すると、コンデンサに蓄えられた電荷が放電され記憶が消滅してしまうため、一定間隔(数ミリ秒程度)で再書き込み(リフレッシュ)が必要です。
構造が単純なために製造コストが低く、パソコンの主記憶装置に利用されています。
代表的なものは、DOS/Vパーツのメモリです。
 

メモリアクセスの高速化技術

 
主記憶または補助記憶の動作は、CPUと比べると遅く、各記憶装置からCPUへアクセスする際は待ち時間が生じ、コンピュータの処理速度が低下します。
そこで、メモリアクセスを高速化する手法として、「キャッシュメモリ」と「メモリインタリーブ」による方法があります。

「キャッシュメモリ」は、CPUと主記憶装置の間に配置される高速な記憶装置で、主記憶装置のデータの一部をコピーしておき、CPUが次に同じデータを読み込む際には、「キャッシュメモリ」にアクセスすることで、メモリアクセスを高速化します。
 

 

 

次回は、「コンピュータの構成要素(メモリ)」から説明していきたいと思います。

 

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