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四十三庵

蔀の雑記帳

ノート:ハードウェアの記憶装置(メモリ、ハードウェア)のまとめ

ブログにはあまり反映させていなかったが、IT関連の勉強を粛々と進めている。
一年目はとにかく知識を詰め込んでいる段階なので、全然頭の中で整理できていない。
けれども、それはそれとして、ちょいちょいブログの方にまとめることで、アウトプットしていこうと思っている。*1
特に、僕が混乱していた「RAMとROM」と「メインメモリとHDD」がどうつながってるかといったところをまとめておきたい。

  • 記憶装置(ストレージ)の階層構造

ハードウェアの記憶装置は、一般的には次のような階層構造になっている。

レジスタ(CPUの中)
キャッシュメモリ(CPUとメインメモリの間)
メモリ(主記憶装置)
補助記憶装置(ハードディスクドライブ、SSDなど)

これを読んで意味がわかるのであれば、この記事は読む価値がないと思う。

  • コンピューターの構造

ハードウェアの構造は、一見難しそうだが、原理はすごく簡単だったりする。
基本的にはこの汚い模式図の通りだ。

コンピューターは、CPUを中心に設計されている。
CPUというのは、演算と制御を担当している。
流れてくる電気信号を、処理する役割だ。
プログラムを動かすことができるのはCPUがあるからだ。

けれども、CPUには電気信号を記録しておく機能はない。
そこでメインメモリ、というものが存在する。
最近では4GBくらいが当たり前になった。
PCを買うときに「RAMの容量」と言われているのが、メインメモリだ。

I/O機器というのは、マウスやキーボード、モニターなどの、情報の入出力のための機器だ。
僕らは当たり前のように使ってるが、アメリカで販売された世界初のパソコンにはモニターはおろか、
キーボードもマウスもなかった。(参考;Altair 8800

さて、メインメモリには問題があって、
容量が小さいのと、原理的に電源が落ちるとデータが消えてしまう。
それじゃ困るので、補助記憶装置を用いる。

HDD(ハードディスクドライブ)が一般的だ。
箱の中に円盤状のディスクが入っていて、レコードと同じような原理で情報を読み込む。
半導体のメモリと比べると、比較的大容量で、電源が落ちてもデータは残る。
ただしメモリと比べると速度が遅く、また物理的に大きい。

最近の小型ノーパソやスマホに使われている補助記憶装置は、SSD(Solid-state drive)というものだ。
HDDは静かな部屋だと、ディスクの回転する音が聞こえるが、SSDはいたって静かである。
SSD半導体を使っているので、HDDみたいにディスクがガリガリ回転したりはしない。
ただし、SSDは価格が高く、データが10年前後で消えるという寿命の短さがデメリットとしてある。

メインメモリとHDD(またはSDD)以外にも、もう少し容量が小さいけれども、
重要な役割を果たしている記憶装置がある。
それがレジスタキャッシュメモリだ。

レジスタはCPUの中にあって、最近では64ビットくらいの、
メインメモリやHDDに比べると非常に小さな記憶領域だ。
レジスタの中にはメインメモリのアドレスやら、CPUが動くための超基本的な情報が入っている。

キャッシュメモリは、CPUとメインメモリの間にある。
CPUの計算速度は、インテルさんの多年の研究で超高速化しているが、
それに対してメモリの速度が追い付いていない。
そのため、メモリとCPUの間にキャッシュメモリという、
容量はメインメモリに比べると小さいが高速に動くメモリを置く。

  • RAMとROM

以上が記憶装置の階層構造(カタカナを使うならストレージのアーキテクチャ)の概要だ。
さて、このレジスタ、キャッシュ、メインメモリ、HDD(SSD)を、
RAMとROMでわけるとどうなるだろうか?

RAMというのは読み込み可能、書き込み可能なメモリのことで、
ROMは読み込み可能、書き込み不可のメモリのことだ。
ミュージシャンのCDを買った時のCD-ROMは、パソコンで弄くろうとしても、データを書き換えることが出来ない。
ただ中に入ってる曲をパソコンにインポートしたり、再生したりすることは可能だ。

更に、RAMにも二種類ある。
SRAMDRAMだ。
SRAM、すなわちStatic Random Access Memoryというのは、価格が高いかわりに、高速化を実現している。
DRAMはDynamic RAMの略で、安いけども遅いという特性を持つ。
原理的な話はフリップフロップがどうとかコンデンサがどうとかいう話があるのだが、僕もよくわかっていない。

SRAMDRAM、ROMはそれぞれ下記のような使い方をする。

SRAMキャッシュメモリ
DRAM→メインメモリ
ROM→マザーボード上にBIOSとか入れてつけとく


(了)

*1:タイトルの「ノート」というところに逃げを感じる