半導体メモリの種類と特徴

半導体メモリは、電源を切るとデータが失われる揮発性メモリと、電源を切ってもデータを保持する不揮発性メモリに大別される。揮発性メモリの代表はSRAMとDRAMであり、不揮発性メモリの代表はROM、フラッシュメモリ、FeRAMである。各種の記憶方式の違いに加え、メモリのアドレス復号やインタリーブなどの構成と制御も、この分野で問われやすい。

SRAMとDRAMの構造と違い

SRAMは、フリップフロップによってデータを保持する。リフレッシュが不要で高速に動作するため、キャッシュメモリに用いられる。 DRAMは、コンデンサに蓄えた電荷でデータを保持する。電荷は時間とともに失われるため、電源が入っている間も定期的なリフレッシュが必要である。 DRAMのメモリセルは、基本的にトランジスタ1個とコンデンサ1個で構成され、SRAMのセルより単純である。そのため高密度に集積しやすく、ビット当たりの単価を安くできる。このためDRAMは主記憶に広く使われる。

リフレッシュ周期の計算

DRAMのリフレッシュは行（ROW）単位で行われるため、周期の計算では全ワード数ではなく行数を分母にする。問題の条件では、アドレス線10本により行数は1,024行として扱う。 全行を51.2ミリ秒の間に少なくとも1回ずつ選択する場合、平均リフレッシュ周期は51,200マイクロ秒を1,024で割った50マイクロ秒となる。 周期が長すぎると、規定の時間内に全行をリフレッシュできない。例えば2,560マイクロ秒間隔では、51.2ミリ秒の間に20行しか選択できず、全行の保持ができなくなる。

不揮発性メモリの特徴

フラッシュメモリは、ブロック単位で一括消去と書換えを行う性質をもつ。これに対してFeRAMは強誘電体を利用し、フラッシュメモリより書換え可能回数が多く、書換え速度も高速である。 FeRAMは不揮発性であるため、データ保持のための定期的なリフレッシュは不要である。また、ブロック単位ではなくバイト単位での書込みが可能である。 4から6個のトランジスタで構成されるセルは、一般にSRAMのメモリセルの説明である。FeRAMのセルとして同じ説明を選んではならない。 DRAMは揮発性メモリであり、電源を切るとデータが失われる。その一方で容量当たりの価格が比較的低いため、PCの主記憶に広く用いられる。