第1回：ハードウエア編

【ページ】 | 1 | 2 | 3 | 4 |

<<前のページへ

5.記憶装置

5_1.メモリの種類

　 メモリは、コンピュータの5大装置の中の記憶装置に相当します。プログラムやデータを記憶するための装置です。

5_1_1.ROMとRAM
　メモリには、データの読み書きは自由に行えるが電源を切るとデータが消えてしまうRAM（Random Access Memory）と、データの書き込みはできない(読み出し専用)が電源を切ったとしてもデータが消えずに残るROM（Read Only Memory）があります。また、RAMのような、電源を切るとデータが失われるメモリを揮発性メモリ、反対にROMのように、電源を切った後でもデータが残るメモリを不揮発性メモリといいます。

　RAMとROMにはそれぞれ次のような種類のものがあります。

　では、上の図に示した各種メモリそれぞれについて説明していきます。

▼Java や Linux を体系的に学びましょう！▼
Stack*のラクスが、
新学習方式のカリキュラムを開発しました！
14700円から(*1)、Java や Linux を体系的に学べます！！
(*1 テキスト代のみの税込料金です)

5_1_2.RAM（Random Access Memory）
　RAMには、容量、アクセス速度、価格などに違いのあるDRAMとSRAMがあります。

DRAM

　DRAMは、主にメインメモリ（主記憶装置）やグラフィックスメモリ（画像データを専門に記憶するメモリ）として利用されているRAMです。構造が単純で大容量化しやすく、価格も安価です。しかし、データを記憶するためのコンデンサ（電荷を貯めておく場所）が時間とともに自己放電し、データを失ってしまいます。これを防ぐために、一定時間ごとにリフレッシュと呼ばれる充電作業が必要になります。リフレッシュ中はデータにアクセスできません。そのため、アクセス速度も遅く、またリフレッシュを行う必要があるので消費電力も大きくなります。

　DRAMにはメインメモリ用として、いくつかの種類が存在します。つぎにそれらの種類と特徴を示します。

種類	特徴
EDO DRAM (Extended Data Out DRAM	CPUが初期の頃に使用されていたDRAM。
SDRAM (Synchronous DRAM)	現在主流のDRAM。EDO DRAMよりも高速にデータを処理できる。
DDR SDRAM (Double Data SDRAM)	SDRAMの2倍の速度でデータを読み書きできる。
RDRAM (Rambus DRAM)	米ラムバス社が開発した高速なDRAM。現在は、より高速なDRDRAM (Direct RDRAM) が提供されている。

SRAM

　SRAMは、主にキャッシュメモリとして利用されているRAMです(キャッシュメモリについては後ほど詳しく説明します)。通電している間はデータが失われることがないので、DRAMのようにリフレッシュ作業は必要ありません。その分、アクセス速度も高速です。ただし、構造が複雑なため、大容量化に不向きで、容量当たりの価格も高価です。

　DRAMとSRAMに関しては、以下の違いを理解しておきましょう。

RAM
項目	SRAM	DRAM
容量	小さい	大きい
リフレッシュ	なし	あり
消費電力	小さい	大きい
アクセス速度	速い	遅い
価格	高い	低い
主な用途	キャッシュメモリ	メインメモリ

5_1_3.ROM（Read Only Memory）
　ROMには、大きく分けると読取専用のマスクROMと、書き込み可能なPROMの2つに分類することができます。PROMはさらに、EPROM、EEPROMという合計3種類に分類できます。

マスクROM

　マスクROM（mask ROM）は製造時にデータが書き込まれており、その内容をユーザが後から変更できないROMです。文字通り読み込み専用です。ゲームソフトなどはマスクROMです。

PROM(Programmable ROM)

　PROMはユーザが後からデータを書き込むことのできるROMです。しかし、書き込むことができるのは一度だけです。書き込んだデータの消去および書き換えはできません。

EPROM(Programmable ROM)

　EPROMは書き込んだデータを消去し、書き換えの行えるPROMです。データの消去は紫外線を照射することで行いますが、やや手間がかかります。

EEPROM(Electronic EPROM)

　記録内容の消去を電気的に行うEPROMです。代表的なものにフラッシュメモリがあります。EEPROMは容易にデータの消去が可能です。フラッシュメモリは、主にデジタルカメラの記憶媒体として利用されています。

各種ROMの特徴を整理しておきましょう。

マスクROM	製造時のみ可	書き換え	消去
PROM (Programmable ROM)	可	不可	不可
―EPROM (Erasable PROM)	可	可	紫外線で消去可
―EEPROM (Electronic EPROM)	可	可	電気的に消去可

5_2.メモリの用途と役割

　メモリは用途別に分類すると、メインメモリ、キャッシュメモリ、ビデオメモリ、BIOSなどに分けられます。

5_2_1.メインメモリ
　主記憶装置のことです。CPUで処理するプログラムやデータを記憶します。主にDRAMが使われます。なお、シスアド試験では、メインメモリのことを主メモリまたは主記憶という場合がありますので注意してください。

　メインメモリにはその形状によって、主にSIMM、DIMM、RIMMの3つの規格があります。メインメモリを増設する場合は、使用しているパソコンのマザーボードのメモリスロット（マザーボードにメインメモリを差し込む場所）に合った形状のメインメモリを選ばなければなりません。

　現在の主流はDIMMです。DIMMはSIMMよりも高速にデータを処理できます。しかし、古いパソコンなどではSIMMを使用しているマザーボードがあるかも知れませんので注意が必要です。

＜メモリ番地＞

メインメモリは1バイト（8ビット）のデータを格納できる小さな箱が集まったものと考えることができます。そしてこの箱には0から始まる通し番号がついています。この番号のことを番地、またはアドレスといいます。例えば64Ｍバイトのメインメモリなら0～67108864番地まであるということになります。ＣＰＵはこの番地を利用して、メインメモリにデータを読み書きしています。

5_2_2.キャッシュメモリ
　CPUとメインメモリの間に置かれるメモリです。実はCPU内部にもレジスタと呼ばれる非常に高速で小容量のメモリが存在します。レジスタは独立したメモリというより、CPUの一部と考えてください。レジスタはCPUが演算処理などを行うときに直接使用するメモリです。

　CPUが処理するデータは、メインメモリからレジスタに読み込まれます。レジスタは非常に高速に処理ができますが、メインメモリはレジスタに比べて処理速度がかなり劣ります。CPUがいくら高速に処理を行っても、メインメモリの応答速度が遅いとあまり意味がありません。

　そこで、CPUとメインメモリの処理速度のギャップを埋めるために、メインメモリよりも処理速度が速いキャッシュメモリと呼ばれるメモリが存在します。キャッシュメモリには、メインメモリで使用されているDRAMよりも高速なSRAMが使用されます。CPUとキャッシュメモリは内部バスによってつながっており、CPUに近いものから、1次キャッシュ、2次キャッシュと呼ばれます。以前は、CPUに内蔵されているキャッシュメモリを1次キャッシュメモリ、CPU外部にあるキャッシュメモリを2次キャッシュメモリと呼んでいましたが、現在では1次キャッシュ、2次キャッシュともにCPUに内蔵されている場合が多いです。

　メインメモリからCPUに読み込まれたデータはキャッシュメモリに保存され、次回からはメインメモリではなくキャッシュメモリからデータを読み込みます。結果的に頻繁に読み込まれるデータは、キャッシュメモリに存在することになります。これをキャッシングといいます。これのおかげで、CPUは直接メインメモリへアクセスする回数が減少するので、CPUのデータ読み込み速度が向上し、より高速にデータを処理することができます。しかし、常にCPUが必要とするデータがキャッシュメモリにあるとは限らないので、その場合にはメインメモリからデータを読み込むことになります。CPUが読み込みたいデータがキャッシュメモリに無いときのことをキャッシュミス、またはミスヒットといいます。

　レジスタ、1次キャッシュ、2次キャッシュ、メインメモリの性能を比較すると、以下のようになります。

5_2_3.ビデオメモリ
　VRAM (Video RAM)、グラフィックスメモリとも呼ばれ、ディスプレイに表示する画面情報（ドットと色情報）を記憶するためのメモリです。ビデオメモリは通常、ビデオカードと呼ばれる画像を表示するために必要な基盤上に搭載されています。ビデオメモリには特殊なDRAMが使用されます。画面に表示できるドット数と色数の最大は、ビデオメモリの容量によって決まります。ビデオメモリについては｢6 出力装置｣のところで詳しく説明します。

5_2_4.BIOS
　BIOSは、パソコンに接続されているさまざまな周辺装置の入出力を制御するためのプログラムです。基本入出力システムとも呼ばれています。

　BIOSは、通常、ROMのひとつであるフラッシュメモリに記憶されており、マザーボード上に組み込まれています。BIOSプログラムは、パソコンの電源を入れると必ず最初に実行されます。まず、メモリやキーボードなどの各種周辺装置が正常に動作するかどうかの診断と初期化を行い、次に各種パラメータを設定します。Windowsなどのオペレーティングシステム（OS）が立ち上がる前に、キーボードやディスプレイを使用できるのはBIOSの働きによるものです。BIOSプログラムの終了後、Windowsなどのオペレーティングシステムが実行されます。

電源ON
BIOSが起動　
主記憶装置をチェック
各種周辺装置をチェック
オペレーティングシステムを起動

※実際にはもっと細かい動作を行っています。

●この記事はあなたのお役に立ちましたか？
非常に役に立った
役に立った
どちらでもない
役に立たなかった
全く役に立たなかった

●ご意見・ご感想があればご記入ください。

【目次】
1.はじめに 2.パソコンの仕組み 3.コンピュータの情報単位 3_1.ビット(bit)とバイト(byte) 3_2.２進数、１０進数、１６進数 3_3.表記方法の変換 4.演算装置と制御装置 4_1.CPU 4_1_1.クロック周波数 4_2.バス（bus） 4_2_1.マザーボード 4_2_2.内部バス、外部バス、拡張バス 4_2_3.データバス、アドレスバス、コントロールバス 4_2_4.バス幅 4_2_5.拡張バスの規格		5.記憶装置 5_1.メモリの種類 5_1_1.ROMとRAM 5_1_2.RAM（Random Access Memory） 5_1_3.ROM（Read Only Memory） 5_2.メモリの用途と役割 5_2_1.メインメモリ 5_2_2.キャッシュメモリ 5_2_3.ビデオメモリ 5_2_4.BIOS (Basic Input/Output System)