コンピュータ・アーキテクチュア(8)

(8)2018.11.19
藤木 文彦



 

 メモリの種類 DRAM SRAM ROM など


 メモリには、大きく分けて、

ROM 内容の消えないメモリ
RAM 内容を書き直せるメモリ


 がある。
 さらに、RAMの中には、何種類かの構造のものがあり、主なものとして、DRAM、SRAMなどがある。
 さらに、DRAM の中にも、内容の読み書きの方法や、タイミングなどによって、各種のものがある。


 以下の図面は、
http://dream-electric.oops.jp/senmon3.html
 より、引用させていただいた。(このページの後半に、構造に関する詳しい説明が有るので、目を通しておくと良い。)

■DRAMの特徴
 コンデンサという電気を蓄える装置を用いて、データを記憶する。

 長所:構造が簡単で、安価に大容量のものが作りやすい。
 短所:記憶したデータは、時間が経つと(数十ミリ秒)消えてしまうので、頻繁に内容の書き直し(リフレッシュという)を行わなければならない。

DRAMの構造

DRAMの構造

DRAMの回路図

メモリ構造の説明ページ









■SRAMの特徴
 トランジスタ(実際はFET)回路を用いて、状態を記憶する。

 長所:リフレッシュ無しで、記憶を保持することができる。
 短所:構造が複雑で、大容量化しにくい。

SRAMの構造
 


■ROMとは
 ROMとは、データの内容が書き込まれていて、書き直しの出来ないものである。電源を切っても内容が消えない。製造時に、内容を書き込んでおくか、後から、一度だけ、書き込むことができるようになっている。(一部、書き直しの可能なものもある。)


CPUの進歩に伴い、一度に扱えるデータの桁数(ビット数)が増えてきました。
しかし、一度に扱えるデータのビット数が、16ビット、32ビット、64ビットと増えても、メモリ自体は、8ビットのメモリ素子を使用しています。
16ビットでは、2組、64ビットでは、8組などを一度に使います。(後述)

 なぜ、そのようにしているのかというと、「互換性」の問題があるからです。
「互換性」には、2つの面があります。
 ・ハード的側面 今までの8ビットメモリをそのまま流用出来れば、CPUに応じた各種のメモリを開発する必要がなく、機械の設計も、制作コストも、押さえることができます。
 ・ソフト的側面 CPUのビット数が変わっても、新たにソフトを開発する必要が無く、今まで使用していたソフトウエアをそのまま使うことが出来るので、開発側も使用する側も、CPUのビット数の変化を、あまり気にしなくて済む、という利点があります。(そうでないと、開発する側は、CPUのビット数にあわせた各種のソフトを開発する必要があり、使用する側は、CPUに合わせて、各種のソフトを購入し、使い分ける面倒があります。)

 このような方法をとることで、CPUは、8ビットから16ビットへ、そして32ビット、64ビットへと、自然に、移行し、混在使用することが可能となったのです。現在でも、PCでは64ビットCPUが主流になっていますが、8ビット、16ビットのCPUも各所で使われています。
 

 USBメモリ SDカード の仕組み フラッシュメモリ





USBメモリの仕組み



SDメモリの種類

NANDメモリの構造



 

 CPU キャッシュメモリ メモリ ハードディスク BIOS


 コンピュータの基本的な部品として、メモリがあります。
 メモリには、プログラムやデータなどを一時的に置いておき、CPUとの間で、高速に転送しながら、プログラムを実行していきます。
 通常のメモリは「BIOS」というメモリを除き、書き換えが出来ますし、電源を切ると内容は消えてしまいます。(RAMという種類のメモリ)
(注:電源を切っても内容の消えない種類のRAMもあります。また、BIOSも、方法によっては書き換えが出来ます。)

 多量のデータを記憶する装置としては、HDD(ハードディスクドライブ)があります。
 また、CPU内部に置かれ、計算速度を速めるためのメモリとして、「キャッシュメモリ」があります。

 これらの関係を模式図で表すと、次のようになります。(概念図ですので、途中の必要な部品等を一部省略してあります。)




i3では、
L1キャッシュ 64KB
L2キャッシュ 256KB
L3キャッシュ 8MB

http://ja.wikipedia.org/wiki/Intel_Core_i7

 本日の課題


 本日は、以下の課題について、メールで報告して下さい。これが、出席点となります。(課題の中には、授業中に口頭で説明する部分が含まれています。)

 宛先 fujiki.kougei@gmail.com
 タイトル arch8


 課題:


 1) 4GBアドレスを表すには、何ビット必要か。16進数では何ケタになるか。

 2) キャッシュメモリとは、何をするものか、説明しなさい。

 3) CPUのバイト数が、変わっても、メモリは、8ビットを単位に構成されています。その理由を掲げなさい。