コンピュータのメモリとは？初心者でもわかる仕組みと種類を完全解説

パソコンやスマートフォンなど、私達が普段使っているコンピュータ。その中で「メモリ」は、非常に重要な役割を担っています。メモリは、コンピュータが処理を行うために必要なデータを一時的に記憶しておく場所です。例えるなら、作業机のようなものです。作業机が広ければ広いほど、たくさんの資料を広げて効率的に作業ができますよね？メモリも同じで、容量が大きければ大きいほど、コンピュータは多くのデータを扱えるようになり、処理速度も向上します。

メモリが十分でないと、コンピュータの動作が遅くなったり、アプリケーションがスムーズに起動しなかったり、最悪の場合フリーズしてしまうこともあります。快適にコンピュータを使うためには、メモリについて理解しておくことが重要です。

この記事では、基本情報技術者試験の学習者に向けて、メモリの種類、仕組み、そしてコンピュータの性能との関係についてわかりやすく解説していきます。図や表、練習問題も交えながら、メモリに関する知識を深めていきましょう！

メモリの種類

メモリには、揮発性メモリと不揮発性メモリといった種類があります。揮発性メモリは電源を切るとデータが消えてしまうメモリで、不揮発性メモリは電源を切ってもデータが消えないメモリです。

メモリの種類によって、役割や特徴が異なります。ここでは、基本情報技術者試験でよく出題される主要なメモリの種類について解説します。

RAM（主記憶装置）

RAMは、主記憶装置とも呼ばれ、CPUが直接アクセスできるメモリです。コンピュータが起動している間、OSやアプリケーション、データを一時的に記憶します。RAMは揮発性メモリなので、電源を切るとデータは消えてしまいます。

RAMには、大きく分けてDRAMとSRAMの2種類があります。

• DRAM（ダイナミックRAM）：コンデンサに電荷を蓄えることでデータを記憶するメモリです。SRAMに比べて低速ですが、集積度が高く、安価であるため、パソコンのメインメモリとして広く使われています。
• SRAM（スタティックRAM）：フリップフロップ回路を用いてデータを記憶するメモリです。DRAMに比べて高速ですが、集積度が低く、高価であるため、キャッシュメモリなどに使用されます。

近年では、DDR4やDDR5など、高速なデータ転送が可能な種類のRAMが開発されています。これらのRAMは、処理速度の向上に大きく貢献しています。

ROM（読み出し専用メモリ）

ROMは、読み出し専用のメモリで、電源を切ってもデータが消えない不揮発性メモリです。コンピュータの基本的な動作に必要なプログラム（BIOSなど）が格納されています。

スマートフォンでは、ROMにOSやプリインストールアプリが保存されています。また、CD-ROMやDVD-ROMなどもROMの一種です。

SDカードは、ROMと同様に不揮発性メモリですが、フラッシュメモリと呼ばれる種類のメモリに分類されます。フラッシュメモリは、電気的にデータを書き換えられるROMの一種で、USBメモリやSSDなどにも利用されています。

RAMは高速にデータを書き換えられるのに対し、ROMは書き換えができないか、または書き換えに時間がかかるという特徴があります。

キャッシュメモリ

キャッシュメモリは、CPUと主記憶装置（RAM）の間にある高速なメモリです。CPUが頻繁にアクセスするデータを一時的に保存することで、CPUがメインメモリにアクセスする回数を減らし、処理速度を向上させます。キャッシュメモリは揮発性メモリです。

キャッシュメモリは、一般的にL1、L2、L3といった階層構造を持っています。

• L1キャッシュ: CPUに最も近いキャッシュで、アクセス速度が最も高速ですが、容量は最も小さくなっています。
• L2キャッシュ: L1キャッシュよりも容量が大きく、アクセス速度はL1キャッシュよりも遅くなります。
• L3キャッシュ: L2キャッシュよりもさらに容量が大きく、アクセス速度はL1、L2キャッシュよりも遅くなります。

キャッシュメモリは、CPUの処理速度向上に欠かせない存在です。また、スマートフォンなどでは、キャッシュをクリアすることで動作が軽くなることがあります。

ECCメモリ

ECCメモリ（エラー訂正コードメモリ）は、データのエラーを検出・訂正する機能を持つメモリです。通常のメモリでは、データの読み書き時にエラーが発生した場合、システムが不安定になったり、最悪の場合クラッシュしたりする可能性があります。ECCメモリは、このようなエラーを自動的に検出し、訂正することで、システムの安定性を高めます。

ECCメモリは、主にサーバーやワークステーションなど、高い信頼性が求められるシステムで使用されます。金融機関のデータベースや医療機関の患者情報システムなど、データの正確性が非常に重要なシステムでは、ECCメモリが不可欠です。

ECCメモリは、通常のメモリよりも高価ですが、データの信頼性を重視するシステムには欠かせない存在です。

メモリは、用途や目的に合わせて適切な種類を選ぶ必要があります。例えば、高速な処理が必要な場合はSRAM、大容量のデータを保存する必要がある場合はDRAMといったように、それぞれのメモリの特性を理解することが重要です。

メモリの仕組み

メモリは、どのようにデータを記憶しているのでしょうか？ここでは、メモリにデータが保存される仕組みや、関連する用語について解説します。

ビットとバイト

コンピュータは、0と1の2つの数字で情報を表現します。この0または1の1桁をビットといいます。8ビットをまとめて1バイトといい、データ量を表す単位として使われます。例えば、「A」という文字は1バイトのデータで表されます。

アドレス

メモリは、小さな部屋が並んでいるような構造をしています。それぞれの部屋には、アドレスと呼ばれる番号が割り振られており、CPUはこのアドレスを指定することで、目的のデータにアクセスします。

例えば、CPUが「アドレス10番地のデータを読み込む」という命令を出すと、メモリはアドレス10番地に格納されているデータを読み込んでCPUに渡します。このように、アドレスはメモリ内のデータの位置を特定するために使われます。

メモリ容量

メモリに記憶できるデータの量です。一般的に、バイトやその倍数（キロバイト、メガバイト、ギガバイトなど）で表されます。例えば、8GBのメモリは、8ギガバイト（約80億バイト）のデータを記憶することができます。

アクセス速度

CPUがメモリにアクセスしてデータを読み書きする速度です。ナノ秒（ns）などの単位で表されます。アクセス速度が速いほど、コンピュータの処理速度は向上します。

データ転送速度

メモリと他の装置（CPUなど）の間でデータを送受信する速度です。一般的に、MbpsやGbpsなどの単位で表されます。

メモリとコンピュータの性能

メモリの容量、種類、速度は、コンピュータの性能に大きな影響を与えます。

メモリ容量

メモリ容量が大きければ大きいほど、多くのプログラムやデータを同時に処理することができます。メモリ容量が不足すると、処理速度が低下したり、アプリケーションが強制終了したりすることがあります。

例えば、スマートフォンで複数のアプリを同時に起動したり、高画質のゲームをプレイしたりする場合には、多くのメモリ容量が必要になります。メモリ容量が不足すると、アプリの切り替えが遅くなったり、ゲームがカクカクしたりするといった問題が発生します。

また、メモリ容量が不足すると、OSが仮想メモリと呼ばれる機能を使ってハードディスクの一部をメモリとして利用することがあります。しかし、ハードディスクのアクセス速度はメモリに比べて非常に遅いため、処理速度が大幅に低下してしまいます。

メモリの速度

メモリのアクセス速度が速いほど、CPUはより速くデータを読み書きすることができます。最新のDDR5メモリは、従来のDDR4メモリよりも高速なデータ転送が可能です。

メモリの速度は、特にCPUの処理性能に影響を与えます。高速なCPUを搭載していても、メモリ速度が遅い場合は、CPUの性能を十分に発揮することができません。

メモリの増設

メモリ容量が不足している場合は、メモリを増設することでコンピュータの性能を向上させることができます。ただし、マザーボードが対応しているメモリの規格や最大容量、メモリモジュールの高さなどを確認する必要があります。

メモリは、コンピュータの性能を左右する重要な要素の一つです。メモリ容量を増やしたり、高速なメモリに交換したりすることで、コンピュータの処理速度を向上させることができます。

練習問題

それでは、メモリに関する理解を深めるために、練習問題に挑戦してみましょう！

問題1

次のうち、揮発性メモリはどれか。
(1) RAM
(2) ROM
(3) CD-ROM
(4) DVD-ROM

問題2

CPUがメインメモリにアクセスする際に、データへのアクセス速度を高速化するために用いられるメモリはどれか。
(1) 仮想メモリ
(2) キャッシュメモリ
(3) フラッシュメモリ
(4) 補助記憶装置

問題3

1バイトは何ビットで構成されるか。
(1) 1
(2) 4
(3) 8
(4) 16

まとめ

この記事では、メモリの種類、仕組み、コンピュータの性能との関係について解説しました。メモリは、コンピュータの処理速度に大きな影響を与える重要な要素です。基本情報技術者試験に向けて、メモリに関する知識をしっかりと身につけましょう。

重要ポイント

• RAMは揮発性メモリ、ROMは不揮発性メモリ
• キャッシュメモリはCPUの処理速度を向上させる
• ECCメモリはデータのエラーを検出・訂正する
• メモリ容量が大きいほど、多くのデータを処理できる
• メモリのアクセス速度が速いほど、処理速度が向上する

メモリは、現代のコンピュータシステムにおいて、処理速度や効率性を左右する非常に重要なコンポーネントです。基本情報技術者試験を目指す皆さんは、メモリに関する知識を深め、コンピュータシステム全体の理解を深めることが重要です。

まけまけ

フルスタックエンジニア

会社の研修でpythonを勉強し始めました。