主記憶装置の構成

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主記憶装置の構成,主記憶装置内のデータがアクセスされるアドレス選択動作,アクセス動作などの手順を理解する。

用語例:記憶部,アドレス選択機構,読取り書込み機構,ECC(誤り検出訂正),パリティ

記憶装置

記憶装置とは、コンピュータが扱うデータやプログラムを記憶しておく装置です。

記憶装置のうち、システムバスを通じてCPUと直接データをやり取りするものを主記憶装置といい、主記憶装置とデータをやり取りするものを補助記憶装置といいます。

いわゆる「メモリ」と呼ばれるものは主記憶装置の方を指します。

主記憶装置

主記憶装置は、システムバスを通じてCPUと直接やり取りをし、CPUでのプログラム処理に必要なプログラムやデータを渡す働きをします。

主記憶装置には、データを電気信号として記憶する半導体を使ったDRAMというLSIチップが用いられます。DRAMはデータ容量あたりのコストが低く、大容量のメモリを構成できるという特徴があります。一方で、放電によってデータが消える性質(揮発性)であるため、データを保持し続けるためには、定期的な再書き込み(リフレッシュ)の動作が必要になります。

パソコンの主記憶装置には、DDR-SDRAMがよく用いられています。

主記憶装置の構成

主記憶装置は、記憶部、アドレス選択機構、読み取り書き込み機構から構成されています。

補助記憶装置

大量のデータを長期間記録するための記憶装置を、補助記憶装置といいます。

補助記憶装置にはOokuno種類があり、ハードディスクやSSD、CD、DVD、USBメモリなどが、用途に応じて使い分けられています。

主記憶装置は、CPUから要求されたデータが自身のもとになければ、補助記憶装置からそのデータを読み込み、CPUに渡します。

キャッシュメモリ

CPUのデータ処理速度に比べると、CPUと主記憶装置間のデータ転送は遅いので、主記憶装置とのやり取りの際にCPUが待たされることがあります。

この速度差を縮めるための仕組みとして、主記憶装置とは別にCPU内に高速な緩衝用のメモリを置きます。これをキャッシュメモリといいます。

キャッシュメモリは複数設置することが多く、CPUがアクセスする順番によって、1次キャッシュ、2次キャッシュなどと呼び分けます。CPUがメモリにアクセスするときには、1次キャッシュ→2次キャッシュ→主記憶装置、という順序で行われます。

キャッシュメモリは読み込みだけでなく書き込みもできます。書き込みには、主記憶装置に反映させるタイミングによってライトスルー方式とライトバック方式の二つの方式があります。

ライトスルー

ライトスルー方式は、キャッシュメモリにデータの書き込み命令が実行された時に、キャッシュメモリと主記憶装置の両方を同時に書き換える方式です。

キャッシュメモリと主記憶装置に同じデータを同時に書き込むためトラブルには強いですが、主記憶装置の処理速度に合わせるため、全体の処理速度は下がります。

ライトバック

ライトバック方式は、データの書き込み命令が実行された時にキャッシュメモリだけ書き換える方式です。キャッシュメモリのブロックを入れ替える時に主記憶装置の書き換えを行います。

キャッシュメモリにだけ書き込むので高速に処理が可能ですが、主記憶装置の書き換えが行われるまで、キャッシュメモリのデータが反映されないため、トラブルに弱く整合性に欠けるという問題もあります。