メモリ

概要

メモリ（RAM）は、CPUが仕事をするために、今使う情報を置いておく場所です。 CPUはここから命令とデータを読み書き（探しに行く・書く）します。

データはどこから探される？

CPUがデータを探しに行くとき、まずキャッシュ（近く）を見ます。 あればそこで終わり（速い）。なければメモリまで探しに行きます（ちょっと時間がかかる）。 下のデモで、その様子を体験できる。

記憶装置の種類と役割

CPUに近い順に「探しに行く」先が並んでいます。

• レジスタ：計算の途中結果や、今実行している命令を置く。CPUの内部にある。
• キャッシュ：メモリの写しを置き、よく使うデータに素早く探しに行けるようにする。
• メモリ（RAM）：今動かしているプログラムとそのデータを置く。電源を切ると消える。
• 補助記憶（SSD/HDD）：プログラムやファイルを長く保存する。電源を切っても残る。

メモリの場所は番地（アドレス）で指定する

CPUがメモリの「どこ」に探しに行くかはアドレス（番地）で指定します。 1本の命令は、命令部（何をするか：足す・読む・書くなど）とアドレス部（どの番地を扱うか）の2つに分かれます。

バイト単位で場所を指定する話や、アドレス空間・メモリマップは、基本情報では後半の単元で扱う。ここでは「番地で場所を指定する」イメージがわかれば十分である。

場所の指定のしかた（相対・基底）

「どの番地を探しに行くか」の指定のしかたがいくつかあります。 相対アドレス指定は「今いるところからどれだけ離れているか」、基底アドレス指定は「決めた基準の場所からどれだけ離れているか」で場所を表します。 細かい計算より、「基準が違う」と覚えておけば大丈夫です。

下のデモで、基準（PCまたはBR）とアドレス部を変えると、実際に探しに行く番地がどう変わるか確認できます。

近くにあった割合（ヒット率）

ヒット率は、探したデータが近く（キャッシュ）にあった割合です。 ヒット率が高いと、すぐ見つかることが多く、CPUが待たなくてすむので、全体が速く動きます。 「できるだけ近くに欲しいデータがあると楽」— それを数字で表したのがヒット率です。

下のデモで、キャッシュ・メモリの「探しに行くのにかかる時間」と「近くにあった割合」を変えると、だいたいどれくらい待つか（平均）がどう変わるか確認できます。

割り込み

割り込みは、CPUが通常のプログラム実行を一時止めて、別の処理（入出力の完了通知やエラーなど）に移る仕組みである。 基本情報では、外部割り込み（ハードウェア由来）と内部割り込み（プログラムやCPU由来）、マスク可能・マスク不可などの分類が出題される。

メモリインターリーブ

メモリインターリーブは、主記憶を複数のバンクに分け、CPUからのアクセス要求を並列に処理して、見かけのアクセスを速くする技術である。 連続したアドレスを別々のバンクに振り分けることで、連続アクセスでも待ち時間を減らせる。

メモリの種類（DRAM・SRAM・フラッシュ）

主記憶にはDRAM（Dynamic RAM）が使われることが多い。リフレッシュが必要だが大容量化しやすい。SRAM（Static RAM）は高速だがコストが高く、キャッシュメモリに使われる。フラッシュメモリは不揮発性で、SSDやUSBメモリに使われる。