メモリについて

パソコンには多くのメモリが使用されています。メモリについて説明しましょう。

メモリとは

メモリとは記憶素子と訳される通り、記憶する半導体チップのことです。いろいろな種類がありますが、データやプログラムなどを「1」と「0」の組み合わせで記憶する点では共通しています。つまり、2進数で記憶するのです。まず、2進数について説明します。

　M（メガ）という言葉がでてきましたので「接頭語」を説明しましょう。
「接頭語」とは10³毎に定められていて、桁数を絞って数値を簡潔に表示するときに使います。これがないと、1,000,000,000m（メートル）などと表さなければならなくなります。
　ただし、この「接頭語」や単位は全世界的に統一する方向にありますが、まだバラバラです。なかなか習慣というのは変わらないものです。日本人にはまだ10⁴毎に桁を区切ろうとする癖があります。つまり、万（10⁴）、億（10⁸）、兆（10¹²）……です。先にあげた、1,000,000,000mは1Gm（ギガ・メートル）というべきなのですが、100万kmといってしまいます。（通常ではこんな長い長さをいうことはないですね。）
　「接頭語」をまとめましょう。

• ……
• 1p（ピコ：10^-12＝1/1,000,000,000,000)
• 1n（ナノ：10^-9＝1/1,000,000,000)
• 1µ(マイクロ：10^-6＝1/1,000,000)
• 1m（ミリ：10^-3＝1/1,000)
• 1（10⁰）
• 1k（キロ：10³＝1,000）
• 1M（メガ：10⁶＝1,000,000）
• 1G（ギガ：10⁹＝1,000,000,000）
• 1T（テラ：10¹²＝1,000,000,000,000）
• ……

メモリの種類には大きく分けるとRAM（ラム）とROM（ロム）があります。

• RAMはRandom Access Memoryの略で、読み書き可能なメモリです。データやプログラムを一時的に保存するのに使われます。電気的に各bitに「0」と「1」を書き込むことでデータなどを保存します。これを「電荷（でんか）」をチャージするといいますが、電源を落とすと「電荷」が抜けでしまうのでメモリの内容が消えてしまいます。（だから揮発性メモリといいます。）
• ROMはRead Only Memoryの略で、読み出し専用のメモリです。プログラムなどをあらかじめ書き込んであります。書き込み方法は後に説明しますが、構造的に「電荷」が抜けることはありません。ですから、電源を落とてもメモリの内容が消えません。（だから不揮発性メモリといいます。）

• DRAMはDynamic RAMの略です。データを記憶する構造が簡単なので製造がしやすく、価格も比較的安いです。しかし、構造的に「電荷」が少しづつ抜けてしまうので、定期的に「リフレッシュ」が必要です。「リフレッシュ」とはメモリの内容が消えないように「電荷」を定期的にチャージすることです。そのためメモリカードには向かず、メモリモジュールに使われます。
• SRAMはStatic RAMの略です。DRAMに比べてデータを記憶する構造が複雑なので製造が難しく、価格も高いです。（4MbitのSRAMが16MbitのDRAMと同時期に発売されています。）また、構造的に電源を落とさない限り「電荷」が抜けないので「リフレッシュ」が不要です。消費電流が少ないタイプもあるのでメモリカードなどに使われていましたが、最近はメモリカードにはフラッシュメモリが使われるようになってきました。

• FPM DRAM（ファーストページモード・ラム：Fast Page Mode DRAM）
  • 同一ページのデータを連続して読み書きできるページモードを早くできるようにした、高速ページモードに対応したDRAMです。ちょっと前までの標準でした。古いMacintoshはこれを使用しています。
• EDO DRAM（イーディーオー・ラム：Extended Data Out DRAM）
  • 高速ページモードをさらに早くしたハイパーページモードに対応したDRAMです。
  • 基本的にFPM DRAMの上位互換です。
  • ですから、EDO DRAM対応のMacintoshにはFPM DRAMも使えます。逆はできません。
• SDRAM（エスディー・ラム：Syncronous DRAM）
  • CPUのクロックと同期してデータを読み書きでき、バースト転送でさらに高速に読み書きできるDRAMです。
  • FPM RAMやEDO RAMとは互換性はありません。
  • 5V動作するものと3.3Vで動作するものがあります。（双方に互換性はありません。）
  • マザーボードによって使える電圧が違うので注意が必要です。

• 高速SRAM
  • スピードの速いSRAMです。キャッシュメモリなどに使われます。普通のSRAMと製造の仕方が違います。高価で、消費電力も多いです。
• 低消費電力SRAM
  • メモリカードなどに使われます。低消費電力ですがバッテリーバックアップが必要です。SRAMカードにボタン電池が入っているのはそのためです。最近はバッテリーバックアップが不要のフラッシュメモリに置き換わってきています。
• 疑似SRAM
  • 部分的にDRAM型の構造を採用しているので、SRAMよりは安いです。ただし、定期的に「リフレッシュ」が必要です。DRAMとSRAMの中間的なものです。昔はメモリ（特にSRAM）が高かったのでコストダウンが目的で作られていました。
• PRAM（ピーラム）
  • MacintoshにはPRAMがあります。これはメモリの種類の名前ではなく、Parameter RAMの略です。Macintoshの基本設定事項（日付・時間など、コントロールパネルで設定された特に基本的な設定）が記憶されています。このPRAMはSRAMなので、マザーボードにあるバッテリでバックアップされています。一部の機種でマザーボード上のバッテリが消耗すると起動しなくなるのは、この保存されていたはずの設定が消えてしまったからです。また、PRAMのデータが壊れるとMacintoshの挙動がおかしくなります。その時には「Commandキー」＋「Optionキー」＋「pキー」＋「rキー」を同時に押しっぱなしにしてMacintoshを再起動し、起動音が３回鳴ってからキーから指を離します。そうするとPRAMのデータが消去（クリア）されます。その後もう一度、日付・時間などをコントロールパネルで設定して下さい。

• マスクROMは製造過程でプログラムを書き込んだROMです。製造納期がかかりますが、価格が安く、パソコンの基本プログラムを書き込んでマザーボードに実装されたりしています。普通にROMと呼ばれるとこのマスクROMを指します。TVゲームのゲームカートリッジにはたくさん使われていました。（今は、CD-ROMに代わりましたね。）
• EPROMはElectorical Programable ROMの略です。製造後に電気的にプログラムを書き込みます。書き込み方法やパッケージによって価格が異なりますが、マスクROMよりは高価です。

• EPROM（狭義）はErasable Programable ROMの略です。
  • ROMライターと呼ばれる機械で電気的にプログラムを書き込みます。
  • パッケージは窓付きのセラミック製です。
  • 一度書き込んだプログラム内容は紫外線をパッケージの窓にあてることで消去できます。
  • 価格は高いです。（窓付きのセラミックパッケージが高いからです。）
  • 試作用に使います。使う場合は窓をシールでふさいで紫外線が入らないようにします。
• PROM（ピーロム）はProgramable ROMの略です。
  • ROMライターと呼ばれる機械で電気的にプログラムを書き込みます。
  • パッケージはプラスチック製です。
  • 一度書き込んだプログラム内容は消去できません。
  • 価格は安いです。
  • 少数の量産に使います。
• EEPROMはElectrical Erasable Programable ROMの略です。
  • イーイーピー・ロム、あるいは、イースクエアピー・ロムと読みます。
  • ROMライターと呼ばれる機械で電気的にプログラムを書き込みます。
  • パッケージはプラスチック製です。
  • 一度書き込んだプログラム内容は電気的に消去・書き換えできます。
  • 価格はやや高めです。
  • ボードに実装した後でも内容を書き換えできるので、プログラムのバージョンアップが必要な場合に使われます。
  • このプログラムをファームウェアと呼びます。コンピュータのBIOSメモリ用にも使われています。
• フラッシュメモリ
  • ROMライターと呼ばれる機械で電気的にプログラムを書き込みます。
  • パッケージはプラスチック製です。
  • 一度書き込んだプログラム内容は電気的に消去・再書き込みできます。
  • EEPROMに比べ構造は簡単なので価格は安いのですが、部分的に消去・書き換えできません。
  • ファームウェアのバージョンアップ用のメモリやメモリカードなどに使われます。

　メモリチップは、→32Kbit→64Kbit→128Kbit→256Kbit→1Mbit→4Mbit→16Mbit→64Mbitと世代を重ねて進歩をしてきました。また、大容量になるほどアクセスタイムという速度も早くなってきています。
　これは半導体の製造技術の進歩によります。半導体チップのことを集積回路（英語のIC：Integrated Circuitの直訳ですね）といいますが、進歩によりその集積度が上がっているのです。パッケージの中に入る半導体チップのサイズには限度があり、集積度の向上なしに大容量化はできないのです。同じ16Mbitチップでも初期製のものと後期製のものではサイズがかなり違います。メモリの価格が下がるのはこのチップサイズの小型化が一番の理由です。チップサイズが1/4になったり、同じサイズに4倍のメモリ回路を集積することができれば価格は1/4になるわけです。