Computer-logical-organization-memory-devices
メモリーデバイス
記憶は人間の脳のようなものです。 データと命令を保存するために使用されます。 コンピュータメモリは、データが処理され、処理に必要な命令が保存されるコンピュータのストレージスペースです。
メモリは、多数の小さな部分に分割されます。 各部分はセルと呼ばれます。 各場所またはセルには、ゼロからメモリサイズから1を引いた値まで変化する一意のアドレスがあります。
たとえば、コンピュータに64kワードがある場合、このメモリユニットには64 * 1024 = 65536のメモリ位置があります。 これらの場所のアドレスは、0〜65535の範囲です。
メモリは主に2種類あります
- 内部メモリ-キャッシュメモリとプライマリ/メインメモリ
- 外部メモリ-磁気ディスク/光ディスクなど
上から下に行くと、メモリ階層の特性は次のようになります。
- ストレージに関する容量が増加します。
- ストレージのビットあたりのコストが減少します。
- CPUによるメモリのアクセス頻度が減少します。
- CPUによるアクセス時間が増加します。
RAM
RAMは、データ、プログラム、およびプログラム結果を保存するためのCPUの内部メモリを構成します。 読み取り/書き込みメモリです。 ランダムアクセスメモリ（RAM）と呼ばれます。
RAMのアクセス時間はワードのアドレスに依存しないため、メモリ内の各保存場所は他の場所と同じくらい簡単にアクセスでき、同じ時間がかかります。 ランダムに非常に高速にメモリにアクセスできますが、非常に高価な場合もあります。
RAMは揮発性、つまり コンピューターの電源を切るか、停電が発生すると、そこに保存されているデータは失われます。 したがって、バックアップ無停電電源装置（UPS）は、コンピューターでよく使用されます。 RAMは、物理的なサイズと保持できるデータ量の両方の点で小さいです。
RAMには2種類あります
- スタティックRAM（SRAM）
- ダイナミックRAM（DRAM）
スタティックRAM（SRAM）
単語「 static 」は、電力が供給されている限りメモリの内容が保持されることを示します。 ただし、揮発性のために電力が低下すると、データが失われます。 SRAMチップは、6トランジスタのマトリックスを使用し、コンデンサは使用しません。 トランジスタはリークを防ぐために電力を必要としないため、SRAMを定期的に更新する必要はありません。
マトリックス内に余分なスペースがあるため、SRAMは同じ量のストレージスペースにDRAMよりも多くのチップを使用するため、製造コストが高くなります。
キャッシュメモリは非常に高速で小さい必要があるため、静的RAMが使用されます。
ダイナミックRAM（DRAM）
DRAMは、SRAMとは異なり、データを維持するために継続的に*リフレッシュ*する必要があります。 これは、メモリを1秒間に数百回データを書き換えるリフレッシュ回路に配置することによって行われます。 DRAMは安価で小さいため、ほとんどのシステムメモリに使用されます。 すべてのDRAMはメモリセルで構成されています。 これらのセルは、1つのコンデンサと1つのトランジスタで構成されています。
ROM
ROMは読み取り専用メモリの略です。 読み取りのみできるが書き込みはできないメモリ。 このタイプのメモリは不揮発性です。 情報は、製造中にそのようなメモリに永続的に保存されます。
ROMは、電気が最初にオンになったときにコンピューターを起動するために必要な命令を格納します。この操作はブートストラップと呼ばれます。 ROMチップはコンピューターだけでなく、洗濯機や電子レンジなどの他の電子機器でも使用されています。
以下はROMのさまざまなタイプです-
MROM（マスクROM）
最初のROMは、あらかじめプログラムされたデータまたは命令のセットを含むハードワイヤードデバイスでした。 これらの種類のROMは、マスクROMと呼ばれます。 安価なROMです。
PROM（プログラム可能な読み取り専用メモリ）
PROMは読み取り専用メモリで、ユーザーが1回だけ変更できます。 ユーザーは空のPROMを購入し、PROMプログラマーを使用して目的のコンテンツを入力します。 PROMチップの内部には、プログラミング中に焼き切れる小さなヒューズがあります。 一度だけプログラムでき、消去はできません。
EPROM（消去可能およびプログラム可能な読み取り専用メモリ）
EPROMは、最大40分間紫外線にさらすと消去できます。 通常、EPROM消しゴムはこの機能を実現します。 プログラミング中、絶縁ゲート領域に電荷が閉じ込められます。 電荷には漏れ経路がないため、電荷は10年以上保持されます。 この電荷を消去するために、紫外線が水晶窓（蓋）を通過します。 紫外線にさらされると、電荷が散逸します。 通常の使用時には、石英の蓋はステッカーで密封されます。
EEPROM（電気的に消去およびプログラム可能な読み取り専用メモリ）
EEPROMは電気的にプログラムおよび消去されます。 約1万回消去して再プログラムできます。 消去とプログラミングには約4〜10ミリ秒（ミリ秒）かかります。 EEPROMでは、任意の場所を選択的に消去およびプログラムできます。 EEPROMは、チップ全体を消去するのではなく、一度に1バイトずつ消去できます。 したがって、再プログラミングのプロセスは柔軟ですが、時間がかかります。
シリアルアクセスメモリ
順次アクセスとは、必要なデータが見つかるまで、システムがメモリアドレスの先頭からストレージデバイスを検索する必要があることを意味します。 このようなアクセスをサポートするメモリデバイスは、シーケンシャルアクセスメモリまたはシリアルアクセスメモリと呼ばれます。 磁気テープは、シリアルアクセスメモリの例です。
ダイレクトアクセスメモリ
ダイレクトアクセスメモリまたはランダムアクセスメモリは、システムがユーザーが必要とする情報に直接アクセスできる状態を指します。 このようなアクセスをサポートするメモリデバイスは、ダイレクトアクセスメモリと呼ばれます。 磁気ディスク、光ディスクは、ダイレクトアクセスメモリの例です。
キャッシュメモリ
キャッシュメモリは、CPUを高速化できる非常に高速な半導体メモリです。 CPUとメインメモリ間のバッファとして機能します。 CPUが最も頻繁に使用するデータとプログラムの部分を保持するために使用されます。 データとプログラムの部分は、オペレーティングシステムによってディスクからキャッシュメモリに転送され、そこからCPUがアクセスできます。
利点
- キャッシュメモリはメインメモリよりも高速です。
- メインメモリと比較して、アクセス時間が短縮されます。
- 短時間で実行できるプログラムを保存します。
- 一時的に使用するデータを保存します。
デメリット
- キャッシュメモリの容量は限られています。
- それは非常に高価です。
仮想メモリは、メモリ内で完全には利用できないプロセスの実行を可能にする技術です。 このスキームの主な目に見える利点は、プログラムが物理メモリよりも大きくなる可能性があることです。 仮想メモリは、ユーザーの論理メモリと物理メモリの分離です。
この分離により、使用可能な物理メモリが小さい場合にプログラマに非常に大きな仮想メモリを提供できます。 以下は、プログラム全体をメインメモリに完全にロードする必要がない場合の状況です。
- ユーザー作成のエラー処理ルーチンは、データまたは計算でエラーが発生した場合にのみ使用されます。
- プログラムの特定のオプションと機能はほとんど使用されません。
- 実際に使用されるテーブルはごくわずかですが、多くのテーブルには固定量のアドレススペースが割り当てられます。
- メモリ内に部分的にしか存在しないプログラムを実行する機能は、多くの利点に反するでしょう。
- 各ユーザープログラムをメモリにロードまたはスワップするために必要なI/Oの数は少なくなります。
- プログラムは、使用可能な物理メモリの量に制約されなくなりました。
- 各ユーザープログラムは、より少ない物理メモリで済み、同時により多くのプログラムを実行でき、それに対応してCPU使用率とスループットが向上します。
補助記憶
補助メモリのサイズはメインメモリよりもはるかに大きくなりますが、速度は遅くなります。 通常、システムプログラム、命令、およびデータファイルを保存します。 セカンダリメモリとも呼ばれます。 また、メインメモリ容量を超えた場合にオーバーフロー/仮想メモリとして使用することもできます。 プロセッサはセカンダリメモリに直接アクセスできません。 最初に補助メモリのデータ/情報がメインメモリに転送され、次にその情報にCPUがアクセスできます。 補助記憶の特性は次のとおりです-
- 不揮発性メモリ-電源が切れてもデータは失われません。
- 再利用可能-データは、ユーザーによって上書きまたは削除されない限り、二次ストレージに永続的に残ります。
- 信頼性-セカンダリストレージデバイスの物理的安定性が高いため、セカンダリストレージのデータは安全です。
- 利便性-許可された人は、コンピューターソフトウェアの助けを借りて、データをすばやく見つけてアクセスできます。
- 容量-セカンダリストレージは、複数のディスクのセットに大量のデータを保存できます。
- コスト-テープまたはディスクにデータを保存する方がプライマリメモリよりもはるかに安価です。
