メモリと記録媒体

要点と定義

記憶階層では、CPUが使うデータを高速に取り出せるキャッシュメモリ、主記憶、補助記憶の順に、一般にアクセス時間が長くなります。CPUはまず1次キャッシュを確認し、データがなければ2次キャッシュ、さらに主記憶などを調べます。キャッシュは主記憶より小容量ですが、よく使うデータを高速に利用できるため、主記憶への実効アクセス時間を短縮します。主記憶の容量が大きくても、この速度差を埋める効果があります。

記憶階層では、一般にキャッシュにSRAM、主記憶にDRAM、補助記憶にSSDやHDDなどが使われます。SRAMとDRAMは揮発性で、電源供給が途絶えると内容を失います。DRAMは記憶内容を保つため定期的な再書込み（リフレッシュ）が必要です。ROMやフラッシュメモリ、SSDは不揮発性で、電源を切っても内容を保持します。フラッシュメモリは電気的に書き換えられます。

補助記憶装置にはHDD、SSD、光ディスクなどがあります。SSDは半導体メモリを使い、機械的な可動部分がなく、一般にHDDより消費電力が少ない装置です。直径12cmの代表的な光ディスクでは、CD-Rは約650～700MB、DVD-RやDVD-RAMは数GB、BD-Rは約25GB以上を記録できます。媒体の規格によって容量は異なります。

メモリモジュールをPC基板に取り付ける差込み口はメモリスロットです。DIMMやSO-DIMMはメモリモジュールの種類を表す用語で、差込み口や記憶素子とは役割が異なります。

適用条件と例

アクセス時間を比べるときは、一般にキャッシュ、主記憶、SSD、HDDの順に長くなると判断します。容量を比べるときは、指定された媒体の種類や直径をそろえます。たとえば直径12cmの代表例なら、CD-RよりDVD系、DVD系よりBD-Rの方が大容量です。

主記憶と補助記憶の間でデータの入替えが頻繁に起きて処理が遅い場合、主記憶の容量を増やすと、必要なデータを主記憶に置きやすくなり入替えを減らせます。補助記憶の容量を増やしても、主記憶に保持できる量は増えません。

メモリの性質は、「電源を切った後も内容を保持するか」と「書き換えられるか」を別々に確認します。たとえば、携帯音楽プレーヤーの曲を電源を切った後も残す記憶素子を考えると、不揮発性のものが候補になります。フラッシュメモリは不揮発性で、電気的に書き換えられます。DRAMは揮発性で、内容を保つにはリフレッシュが必要です。

誤りやすい点

「高速」「大容量」「電源断後も保持」は別の性質です。SRAMとDRAMはどちらも揮発性ですが、一般に高速なSRAMはキャッシュ、DRAMは主記憶に使われます。キャッシュにデータがないときは次の階層から読み込めるため、処理に必要な全データが開始時からキャッシュにある必要はありません。通常、利用者が個々のデータをキャッシュに常駐指定するものでもありません。