2009. 5.11

Ibaraki Univ. Dept of Electrical & Electronic Eng.

Keiichi MIYAJIMA

2009. 5.11

メモリ（記憶装置）

メモリ（記憶装置）

メモリの構 メモリの構 成 成

メモリの構 メモリの構

成 成

セル

それぞれに 1 ビットの情報 が入る

メモリセルマトリッ クス

メモリのアドレ メモリのアドレ ス ス

メモリのアドレ メモリのアドレ ス ス

メモリにはアドレスが割り振られている

1 バイト (8 ビ ット )

・ ０　 ( ０００

０ )

アドレス（ 2 進 数）

1 　 ( ０００ １ )

２　 ( ００１ ０ )

３　 ( ００１ １ )

４　 ( ０１０ ０ )

メモリの内部構 メモリの内部構 造 造

メモリの内部構 メモリの内部構 造 造

列デコーダ

アド レ ス

制 御 信 号

バッ ファ

行デ コー ダ

メモリセルマトリッ

制御回路 クス

読み書き回路

デ

ー

タ

アドレス情報はデコーダに より 2 次元のセルに対応さ

メモリの種 メモリの種 類 類

メモリの種 メモリの種

類 類

大きく分けると ROM と RAM に分け られる

IC メモ リ

ROM

RAM

MASK-ROM

PROM OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM

フラッシュメ モリ

SRAM DRAM

ROM ROM ROM ROM

ROM (read only memory)

電源を切ってもデータは消えない（不揮発 性）

ROM は MASK-ROM と PROM （ programmable ROM ）とに分けられる

電源を入れて最初に実行するプログラムなど、消え ては困る情報を格納する。

ICメモリ

RAM

PROM

EPROM EEPROM

フラッシュメモリ SRAM

DRAM

その他、ゲームな ど

メモリの種 メモリの種 類 類

メモリの種 メモリの種

類 類

大きく分けると ROM と RAM に分け られる

IC メモ リ

ROM

RAM

MASK-ROM

PROM OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM

フラッシュメ モリ

SRAM DRAM

MASK-ROM MASK-ROM MASK-ROM MASK-ROM

MASK-ROM

IC 内部の配線によってデータを記憶

•内容の後からの変更は不可能

•内容の変更は IC そのものの作り直しとなるため、

大変な作業と莫大な費用がかかる。

•内容の変更がなく大量生産する場合は、量産効果に より単価が一番安くなる。

•安定性に優れている。

ICメモリ

RAM

PROM

EPROM EEPROM

フラッシュメモリ SRAM

DRAM

メモリの種 メモリの種 類 類

メモリの種 メモリの種

類 類

大きく分けると ROM と RAM に分け られる

IC メモ リ

ROM

RAM

MASK-ROM

PROM OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM

フラッシュメ モリ

SRAM DRAM

PROM PROM PROM PROM

PROM (programmable ROM)

ユーザが後からデータを書き込むことができる ROM

ICメモリ

RAM

PROM

EPROM EEPROM

フラッシュメモリ SRAM

DRAM

PROM は大きく分けて

とに分けられる

OTPROM (one time PROM) EPROM (erasable PROM)

•1 回のみ書き込みが行える

•何度も書き込みが行える

•さらに UV-EPROM, EEPROM, フラッシュメモリに 分けられる

メモリの種 メモリの種 類 類

メモリの種 メモリの種

類 類

大きく分けると ROM と RAM に分け られる

IC メモ リ

ROM

RAM

MASK-ROM

PROM OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM

フラッシュメ モリ

SRAM DRAM

UV-EPROM UV-EPROM UV-EPROM UV-EPROM

UV-EPROM (ultra violet EPROM)

記憶内容の消去に紫外線を用いる

ICメモリ

RAM

PROM

EPROM EEPROM

フラッシュメモリ SRAM

DRAM

紫外線消去型 EPROM

EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM

EEPROM (electrically EPROM)

電源電圧より高い電圧をかけることにより、電気 的にデータを消去でき、基盤に実装したままデー タを消去して書き換えが可能

ICメモリ

ROM

RAM

MASK-ROM PROM

OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM フラッシュメモリ SRAM

DRAM

1 ビットだけ書き換えると行ったような、細 かい操作は出ない。全てのビットをいったん 消去して書き換えなければならない。

フラッシュメ フラッシュメ モリ モリ

フラッシュメ フラッシュメ モリ モリ

フラッシュメモリ

EEPROM の欠点を改良したメモリ

ブロック単位での消去／書き込みが可能

ICメモリ

ROM

RAM

MASK-ROM PROM

OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM フラッシュメモリ SRAM

DRAM

デジタルカメラやゲーム機のメモリカード、 PC 等に 使われるメモリスティックなど現在幅広く使われて いる。

メモリの種 メモリの種 類 類

メモリの種 メモリの種

類 類

大きく分けると ROM と RAM に分け られる

IC メモ リ

ROM

RAM

MASK-ROM

PROM OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM

フラッシュメ モリ

SRAM DRAM

RAM RAM RAM RAM

RAM (random access memory)

任意に読み書きできる

電源を切るとデータは消える（揮発性）

RAM は SRAM と DRAM とに分けられる

ICメモリ

RAM

PROM

EPROM EEPROM

フラッシュメモリ SRAM

DRAM

SRAM SRAM SRAM SRAM

SRAM (static RAM)

フリップフロップ回路によって構成

ICメモリ

ROM

RAM

MASK-ROM PROM

OTPROM EPROM

UV-EPROM EEPROM フラッシュメモリ SRAM

DRAM

•電源さえ供給されていれば記憶内容を保持することが 可能

•読み書きの速度が高速

•1 メモリセルあたりの回路が複雑であるため、大容量化 が難しく、コスト高

DRAM DRAM DRAM DRAM

DRAM (dynamic RAM)

コンデンサによって構成

ICメモリ

RAM

PROM

EPROM EEPROM

フラッシュメモリ SRAM

DRAM

•コンデンサなので記憶内容の保持に頻繁なリフレッシュ が必要

•リフレッシュ中はデータの読み書きができないので動作 速度が SRAM より遅くなる

•1 メモリセルあたりの回路が簡単であるため、大容量化 が容易、コスト安

コンピュータの主記憶装置として使われる

メモリの階層構 メモリの階層構 造 造

メモリの階層構 メモリの階層構 造 造

（レジスCPU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス

ク（仮想記 外部記憶装置憶）

高速

大容量

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

ノイマン型のコンピュータでは、

最近参照された命令やデータ、

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

またその近くにある命令やデータ

参照の局所性

(referential locality)

またすぐに、参照される確率が高 い

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

この局所性の性質に着目

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

CPU CPU

メインメモ リ

DRAM

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

この局所性の性質に着目

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

CPU CPU

メインメモ リ

DRAM

キャッシュメ モリ

SRAM

キャッシュメモリの性能はキャッシュアルゴリズムの善 し悪しによって変化する

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュアルゴリズ ム

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

読み出しの時、一番よく使われているもの はLRU (least recently used) 方式

キャッシュメモリを複数のブロックに分けて管理 し、空きブロックがなくなったら、もっとも長い 間参照されなかったブロックを追い出して新しい データと置き換える。

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュアルゴリズ ム

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

書き込みの時

ライトスルー (write through) 方式

•キャッシュメモリと同時にメインメモリにも書き込み を行う

•書き込みに関しては、メインメモリのアクセス時間と おなじなので、高速化されない

ライトバック (write back) 方式

•キャッシュメモリのみに書き込みを行う

•いずれ、メインメモリにデータを書き込まなければな らないので、その動作が複雑になる

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

キャッシュメ キャッシュメ モリ モリ

１次キャッシュ、２次キャッ シュ

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

キャッシュメモリも１つだけでは十分な効果が得 られなくなってきている

CPU

CPU

ア メインメイン

メモリメモリ

仮想記憶 仮想記憶 仮想記憶 仮想記憶

主記憶装置では比較的安価で大容量な DRAM が 使われているが、さらに大容量のメモリを安価 に実現したい

キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

大容量

参照の局所性

(referential locality)

さ

仮想記憶

仮想記憶 仮想記憶 仮想記憶 仮想記憶

•ページング方式

CP

（レジスU キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

•セグメント方式

仮想記憶の方式：

仮想記憶 仮想記憶

仮想記憶 仮想記憶

メインメモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

大容量

ページング方式

CPU

仮想メモA(リペー B(ジ）ペー C(ジ）ペー D(ジ）ペー E(ジ）ペー F(ジ）ペー

ページという固定されたブロックにジ）

単 一の 仮 想 アド レス 空 間

アドレス変換 表A

B C D E F

ハードディスク ハードディスク

メインメモリ A

D C

E B F

物 理 アド レス 空 間

仮想記憶 仮想記憶

仮想記憶 仮想記憶

メインメモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

セグメント方式

CPU

仮想メモリ

プロ グラ ムご との ドレ ス空 間

アドレス変換 表1

2 3

4 _{ハードディスクハードディスク}

メインメモリ _物理ア

ドレ ス空 間 セグメント 1

セグメント 2 セグメント 3 セグメント

1

3

4

仮想記憶 仮想記憶 仮想記憶 仮想記憶

•ページング方式

キャッシュメタ）

メインメモリモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

大容量

•セグメント方式

仮想記憶の方式：

•マッピングの単位が固定長なので、メモリの管理が 簡単

•メモリの管理が複雑

•プログラムのサイズに適したマッピングが行われ るため効率がよい

•複数のプログラムを完全に独立して動作させるこ とが可能

仮想記憶の注意点 仮想記憶の注意点 仮想記憶の注意点

仮想記憶の注意点

メインメモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

スワップ

(swap) ：

CPU

プ リ

ログ ラム ごと ドレ ス空 間

アドレス変換 表1

2 3

4 _{ハードディスクハードディスク}

メインメモリ _物理ア

ドレ ス空 間 セグメント 1

セグメント 2 セグメント 3

1

3

仮想記憶の注意点 仮想記憶の注意点 仮想記憶の注意点

仮想記憶の注意点

メインメモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

大容量

スワップ

(swap) ：

CPU

プ リ

ログ ラム ごと の仮 想ア ドレ ス空 間

アドレス変換 表1

2 3

4 _{ハードディスクハードディスク} メインメモリ

スワ ッ プ セグメント 1

セグメント 2 セグメント 3 セグメント 4

1

2

4

3

仮想記憶の注意点 仮想記憶の注意点 仮想記憶の注意点

仮想記憶の注意点

メインメモリ ハードディス ク（仮想記 外部記憶装置憶）

ネットワーク （インターネ ット）

高速

大容量

スワップ

(swap) ：

ハードディスクの速度はメインメモリ と比較して非常に遅いので、スワップ が多発すると処理速度が急激に低下する

メモリの高速化手 メモリの高速化手 法 法

メモリの高速化手 メモリの高速化手 法 法

•

•

•

メモリの並列動 メモリの並列動 作 作

メモリの並列動 メモリの並列動 作 作

インタリープ：

メモリをバンクと呼ばれる単位に分割して、

それぞれ独立してアクセスできるようにす る

バンク A 1 バンク B

見かけ上のアクセ

3 5 7

2 4 6 8

1 2 3 4 5 6 7 8

本日のまと 本日のまと めめ

本日のまと 本日のまと めめ

1.

2.

3.

4.

メモリ（記憶装置）

メモリ（記憶装置）

本日の課題 本日の課題 本日の課題 本日の課題

1 ．次の４つの記憶装置をアクセス時間の短

２．

SRAM

DRAM

（ H16 年春 , H10 年春　

ア．

CPU

2

モリイ．

CPU

ウ．ハードディスク（磁気ディススタ ク）エ．主記憶（メインメ

モリ）