「メモリ」カテゴリーアーカイブ

【応用情報・基本情報】
・メモリの種類,特徴,メモリ選択の考え方を修得し,応用する。
・主記憶装置の構成,メモリシステムの構成,記憶階層など,記憶装置の仕組みを修得し,応用する。
・記録媒体の種類,特徴を修得し,応用する。

【ITパスポート】
・メモリの種類と特徴を理解する。
・記録媒体の種類と特徴を理解する。

メモリ

情報処理技術者試験での学習内容

【応用情報・基本情報】
・メモリの種類,特徴,メモリ選択の考え方を修得し,応用する。
・主記憶装置の構成,メモリシステムの構成,記憶階層など,記憶装置の仕組みを修得し,応用する。
・記録媒体の種類,特徴を修得し,応用する。

【ITパスポート】
・メモリの種類と特徴を理解する。
・記録媒体の種類と特徴を理解する。

(1)メモリの種類と特徴 ITパスポート 基本情報 応用情報

半導体の記憶回路,磁気記憶,光記憶を用いたメモリなどの種類があること,半導体メモリ(IC メモリ)の種類,特徴(揮発性,不揮発性,アクセス速度,容量,コスト,物理サイズなど),代表的な用途,システム設計におけるメモリの選択の考え方を理解する。

用語例:RAM,ROM,DRAM,SRAM,リフレッシュ,マスクROM,PROM(Programmable Read Only Memory ), EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory),フラッシュメモリ,SDRAM(DDR2 SDRAM,DDR3 SDRAM)

(2)主記憶装置の構成 基本情報 応用情報

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

(3)メモリシステムの構成と記憶階層 ITパスポート 基本情報 応用情報

記憶階層の構成,キャッシュメモリからデータを主記憶に書き出す方式の種類と特徴を理解する。また,キャッシュメモリからデータを主記憶に書き出す方式を理解する。

用語例:補助記憶,ディスクキャッシュ,ライトスルー,ライトバック,ダイレクト方式,フルアソシエイティブ方式,セットアソシエイティブ方式,連想メモリ,命令キャッシュ,データキャッシュ

(4)アクセス方式 基本情報 応用情報

主記憶装置を高速化するメモリインタリーブ方式を理解する。

用語例:バンク

(5)メモリの容量と性能 基本情報 応用情報

アクセス時間とサイクル時間,キャッシュメモリのヒット率,ミス率,実効アクセス時間,ミスペナルティなど,メモリの容量と性能の関係を理解する。

(6)記録媒体の種類と特徴 ITパスポート 基本情報 応用情報

取り外しできる記録媒体(リムーバブルメディア)の種類,記録容量,可搬性,利用法,用途などの特徴を理解する。

用語例:読出し専用型,追記型,書換型,ハードディスク,SSD(ソリッドステートドライブ),光ディスク,CD(CD-ROM,CD-R),DVD(DVD-ROM,DVD-RAM,DVD-R),ブルーレイディスク,光磁気ディスク,MO,半導体ディスク,フラッシュメモリ(USB メモリ,SD カード),ストリーマ,DAT,RAM ファイル

 

メモリの種類と特徴

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

半導体の記憶回路,磁気記憶,光記憶を用いたメモリなどの種類があること,半導体メモリ(IC メモリ)の種類,特徴(揮発性,不揮発性,アクセス速度,容量,コスト,物理サイズなど),代表的な用途,システム設計におけるメモリの選択の考え方を理解する。

用語例:RAM,ROM,DRAM,SRAM,リフレッシュ,マスクROM,PROM(Programmable Read Only Memory ), EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory),フラッシュメモリ,SDRAM(DDR2 SDRAM,DDR3 SDRAM)

半導体メモリ

半導体メモリとは、半導体素子によって構成されるメモリです。半導体メモリは物理的な動作を必要とするメモリ(*)と比べて高速で耐震性に優れています。

半導体メモリは、RAM(Random Access Memory)とROM(Read Only Memory)の二種類があります。

*物理的な動作を必要とするメモリとは、例えばハードディスクなど、モーター等の動作部品がある記憶媒体のこと。

RAM

RAM(Random Access Memory)とは、自由にデータの読み書きを出来ることの出来るメモリです。電源を切ると記憶していた内容が消えてしまう「揮発性」という特徴があります。

RAMにはDRAM(Dynamic Random Access Memory)とSRAM(Static Random Access Memory)があります。

DRAMとSRAM

キャッシュメモリにはDRAMより高速なSRAMが使われます。SRAMは再書き込みをしなくても、通電している限りデータを保持できるメモリです。

 SRAMDRAM
特徴フリップフロップ回路を用いてデータを記憶するコンデンサの電荷のある無しでデータを記憶する
主な用途キャッシュメモリメインメモリ
記憶容量小容量大容量
ビットあたりのコスト高コスト低コスト
再読み込み
(リフレッシュ)
不要必要
消費電力小さい大きい
DRAMとSRAMの比較

名称特徴
ファーストページDRAM高速なデータ転送機能を持つ
EDODRAMファーストページDRAMの読み出し効率を向上させた
SDRAMSynchronous Dynamic Random Access Memory
クロック周波数に同期して高速読み出しを行う
DDR-SDRAMDDR:Double Data Rate の略で、SDRAMの2倍の速度
近年では、さらに高速化して、DDR2(SDRAMの4倍)、DDR3(8倍)、DDR4(16倍)といった規格も出ていている。
DRAMの種類

ROM

ROM(Read Only Memory)は、記録されている情報を読み出すことだけが可能なメモリです。

書き込みができる種類もありますが、RAMと比較して随時書き込みできないものはROMに分類されています。ROMには以下のような種類があります。

名称書き込み消去特徴
マスクROM製造時にデータが書き込まれ、その後は書き換え不可。
EPROMErasable Programmable Read Only Memory
紫外線照射で全消去可能。UV-EPROMという場合もある。
EEPROMElectrically Erasable Programmable Read Only Memory
電圧をかけて部分的に消去することが可能。
フラッシュメモリ電圧をかけて全消去、ブロック単位での消去が可能。
USBメモリやSDカード、SSDなどはこのタイプの記憶媒体。

主記憶装置の構成

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

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。

 

メモリシステムの構成と記憶階層

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

記憶階層の構成,キャッシュメモリからデータを主記憶に書き出す方式の種類と特徴を理解する。また,キャッシュメモリからデータを主記憶に書き出す方式を理解する。

用語例:補助記憶,ディスクキャッシュ,ライトスルー,ライトバック,ダイレクト方式,フルアソシエイティブ方式,セットアソシエイティブ方式,連想メモリ,命令キャッシュ,データキャッシュ

記憶階層

コンピュータの各種の記憶装置は、CPUから補助記憶装置まで、次のような階層構造を持ちます。このことを記憶階層といいます。

高速で小容量のレジスタから、低速で大容量の補助記憶媒体まで、順序よく階層にすることによって高速性と大容量とを両立させます。

ディスクキャッシュ

ディスクキャッシュは、主記憶装置と補助記憶媒体との間に、高速なメモリを置いて高速化する技術、又はそのための半導体メモリのことです。

使用頻度の高いデータを高速なメモリに置けば、いちいち補助記憶媒体からデータを読み込む必要が無いので、速度が向上します。

アクセス方式

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

主記憶装置を高速化するメモリインタリーブ方式を理解する。

用語例:バンク

主記憶装置の容量

主記憶装置は容量が大きいほど一度に多くのデータを保持しておけるので、CPUから要求されたデータを補助記憶装置に読みに行く回数が減り、全体の処理が速くなります。

パソコンの主記憶装置では、数Gバイト程度の容量が主流です。

主記憶装置の容量は、LSIチップを搭載したメモリモジュールを追加したり交換したりすることによって拡張できます。

メモリモジュールの種類には、デスクトップパソコン向けのDIMMや、ノートパソコン向けの小型のSODIMMなどがあります。

*DIMM:Dual Inline Memory Module
 SODIMM:Small Outline DIMM

メモリインタリーブ

メモリインタリーブは、CPUと主記憶装置との間のデータ転送を高速化する方法です。

主記憶装置を複数のメモリバンクという区分に分割し、CPUからのデータ転送要求を複数のメモリバンクへ並行して発行します。それによって、CPUの待ち時間が減って高速になります。

メモリの容量と性能

この記事での学習内容 基本情報 応用情報

アクセス時間とサイクル時間,キャッシュメモリのヒット率,ミス率,実効アクセス時間,ミスペナルティなど,メモリの容量と性能の関係を理解する。

アクセス時間とサイクル時間

CPUが主記憶装置へアクセスする詳細な手順は次のとおりです。

  1. アクセス要求
  2. アドレス選択
  3. データ転送
  4. リフレッシュ(DRAMの場合)

アクセス時間は、アクセス要求を始めてからデータ転送が終わるまでの時間です。

サイクル時間は、アクセス要求を始めてから、次のアクセス要求を始められるまでの時間です。

キャッシュメモリのヒット率

キャッシュメモリのヒット率は、CPUが要求するデータがキャッシュメモリに存在する確率です。キャッシュメモリにデータが存在しない場合は、主記憶装置にアクセスする必要があります。ヒット率が高いほど、処理は高速になります。

実効アクセス時間

実効アクセス時間は、キャッシュメモリの効果を踏まえた主記憶装置へのアクセス時間です。以下の式で求められます。

この式は、キャッシュにあった場合のアクセス時間と、主記憶にあった場合の平均を取るための式となっています。

実効アクセス時間の計算例

キャッシュメモリのアクセス時間: 10ナノ秒
主記憶装置のアクセス時間: 60ナノ秒
ヒット率: 70%

実効アクセス時間= 10  × 0.7 + 60 × ( 1-0.7 )
  =7 +18
  =25(ナノ秒)

 

記録媒体の種類と特徴

この記事での学習内容 ITパスポート 基本情報 応用情報

取り外しできる記録媒体(リムーバブルメディア)の種類,記録容量,可搬性,利用法,用途などの特徴を理解する。

用語例:読出し専用型,追記型,書換型,ハードディスク,SSD(ソリッドステートドライブ),光ディスク,CD(CD-ROM,CD-R),DVD(DVD-ROM,DVD-RAM,DVD-R),ブルーレイディスク,光磁気ディスク,MO,半導体ディスク,フラッシュメモリ(USB メモリ,SD カード),ストリーマ,DAT,RAM ファイル

メモリを使った補助記憶装置

小型で持ち運びしやすい補助記憶装置には、SDカードやUSBメモリスティックなどがあります。

これらには、電源を切っても内容が消えない半導体メモリである、フラッシュメモリが使われているのでアクセスが高速です。

容量は数十MBのものから、数百GBのものもあります。

光ディスク

光ディスクは樹脂やアルミの円盤の表面のピットと呼ばれる穴を記録情報として、レーザー光を用いてデータを書き込み、読み出しする補助記憶媒体です。

名称特徴容量
CD-ROMCD-Read Only Memory
読み出し専用の光ディスク
650~700Mバイト
CD-RCD-Recordable
追記は出来るが書き換えはできない
650~700Mバイト
CD-RWCD-Re Writable
書き換えが可能
650~700Mバイト
DVD記録密度が高く大容量な光ディスク。片面記録や両面記録、2層記録など様々な方式がある。
読み出し専用のDVD-ROM、追記型のDVD-R、書き換え可能なDVD-RAM等がある。
数Gバイト
規格により異なる
ブルーレイ波長の短い青紫色のレーザーを使うことで記録密度を向上した光ディスク。片面1層で約25GB
両面2層で約50GB

 

磁気テープ

磁気テープは、粉末状の磁性体をテープ状のフィルムに塗布した記録媒体です。磁化の変化により情報を書き込み、読み出しする磁気記録媒体の一種です。

テープを巻き取るという構造上、アクセスは低速で、順読み出ししか出来ません。しかし数十~数百Gバイトなどの容量があり、単価が安いので、データのバックアップ用に使われます。

ストリーマ

磁気テープを記憶媒体とする補助記憶装置を、磁気テープ装置あるいはストリーマといいます。ストリーマはデータを次々と転送するストリーミング方式を用いるという意味の名称です。

磁気テープを扱う補助記憶装置には、音楽カセット用のDATの技術を用いたDDSなどがあります。