メモリと記憶装置

ねらい

コンピュータがデータを覚えておくしくみを学びます。このレッスンを終えると、主記憶と補助記憶の使い分けを説明でき、記憶装置が階層になっている理由が分かるようになります。

覚える場所は、2種類あります

• 主記憶（メインメモリ）… CPUが直接読み書きする場所。速いが、電源を切ると消えます。
• 補助記憶（ストレージ）… SSDやハードディスク。電源を切っても消えませんが、主記憶より遅いです。

いま作業中のデータは主記憶に、保存したデータは補助記憶に置きます。文書を書いている最中の内容は主記憶にあり、保存の操作をして初めて補助記憶へ書き込まれます。保存しないうちに電源が落ちると消えるのは、このためです。

消えるメモリと、消えないメモリ

RAMには2種類あります。DRAMは容量を大きくしやすく主記憶に使われ、SRAMは高速でキャッシュメモリに使われます。

なぜ階層になっているのか

記憶装置は、速い順に階層をなしています。

なぜ全部を最速にしないのかというと、費用が見合わないからです。速い記憶装置は高価なので、よく使うものだけを速い場所に置き、残りは安い場所に置きます。

キャッシュメモリは、CPUと主記憶の間に置かれる小容量で高速なメモリです。一度読んだデータを覚えておき、次に同じものを求められたら主記憶を待たずに返します。

主記憶が足りないとどうなるか

主記憶が足りなくなると、当面使わないデータを補助記憶へ一時的に退避させます。これを仮想記憶といい、退避のやり取りをスワッピングといいます。

補助記憶は主記憶よりずっと遅いので、これが頻繁に起きると動作が急に重くなります。「メモリを増やしたら快適になった」という体感は、この退避が減ったことによります。

補助記憶の種類

• SSD… 半導体を使う記憶装置。動く部品が無いため速く、衝撃に強い。
• ハードディスク… 円盤を回して読み書きします。容量あたりの価格が安い。
• 光ディスク… CD、DVD、Blu-ray。配布や長期保管に使われます。
• USBメモリ・SDカード… 持ち運びに使われます。

まとめ

主記憶は速いが電源を切ると消え、補助記憶は遅いが消えません。記憶装置はレジスタ・キャッシュ・主記憶・補助記憶の階層をなし、上ほど速く小さく高価です。速いものは高いので、よく使うものだけを上に置きます。主記憶が足りないと補助記憶への退避が起き、動作が重くなります。

理解の確認

作業中の文書を保存しないままパソコンの電源が落ち、内容が失われました。なぜ失われたのかを、記憶装置の性質から説明してください。

答え: 作業中のデータは、電源を切ると消える主記憶（RAM）にあったからです。文書を編集している間、その内容はCPUが直接読み書きできる主記憶に置かれています。主記憶は速い代わりに揮発性で、電力の供給が止まると内容が保持されません。保存の操作を行うと、内容が電源を切っても消えない補助記憶（SSDやハードディスク）へ書き込まれます。保存前に電源が落ちた場合、補助記憶にはまだ書き込まれていないため、主記憶にあった内容だけが失われることになります。