RAMとは？仕組みや種類などをわかりやすく解説

RAMの仕組み

RAMは、コンピュータの主要なメモリであり、CPUが処理するデータを一時的に保存する場所である。
高速にデータの読み書きができるため、プログラムの実行速度に大きく影響する。
RAMの仕組みを理解することは、コンピュータの動作を理解する上で重要だ。

RAMの構造

RAMは、多数のメモリセルで構成されている。
メモリセルは、1ビットのデータを記憶できる小さな回路であり、0または1の状態を保持することができる。
メモリセルは、マトリックス状に配置されており、行と列のアドレスで指定することで、特定のメモリセルにアクセスすることができる。

データの読み書き

CPUがRAMにデータを書き込む際は、まず書き込みたいデータとアドレスをRAMに送る。
RAMは、受け取ったアドレスに対応するメモリセルに、データに対応する0または1の状態を書き込む。

CPUがRAMからデータを読み込む際は、読み込みたいデータのアドレスをRAMに送る。
RAMは、受け取ったアドレスに対応するメモリセルの状態を読み取り、CPUにデータとして返す。

DRAMとSRAM

RAMには、DRAMとSRAMの2種類がある。

• DRAM（Dynamic RAM）
  • コンデンサに電荷を蓄えることでデータを記憶する。
  • 構造が簡単で、集積度が高いため、大容量化に向いている。
  • 価格が安い。
  • コンデンサの電荷は時間とともに放電してしまうため、定期的にリフレッシュする必要がある。
  • SRAMに比べてアクセス速度が遅い。
• SRAM（Static RAM）
  • フリップフロップ回路を用いてデータを記憶する。
  • リフレッシュが不要で、アクセス速度が速い。
  • DRAMに比べて消費電力が少ない。
  • 構造が複雑で、集積度が低いため、高価である。
  • 容量が小さい。

一般的に、パソコンのメインメモリにはDRAMが、CPUのキャッシュメモリにはSRAMが使用されている。

RAMの速度

RAMの速度は、データ転送速度とレイテンシで表される。

• データ転送速度は、1秒間に転送できるデータ量を示す。
• レイテンシは、データの要求を出してからデータが返ってくるまでの時間を示す。

RAMの速度が速いほど、コンピュータの処理速度は向上する。

RAMは、コンピュータの動作に欠かせない重要な部品である。
RAMの仕組みを理解することで、コンピュータの性能を向上させるためのヒントを得ることができるだろう。

RAMは、コンピュータの頭脳であるCPUが処理するデータを一時的に保存する場所であり、システムの動作速度に直結する重要なコンポーネントである。一口にRAMといっても、その種類は多岐に渡る。ここでは、代表的なRAMの種類について解説する。

DRAM (Dynamic RAM)

DRAMは、現在最も広く使用されているRAMである。コンデンサに電荷を蓄えることでデータを記憶する仕組みを持つ。比較的安価に製造できるため、多くのコンピュータに搭載されている。ただし、コンデンサの電荷は時間とともに放電してしまうため、定期的にデータをリフレッシュする必要がある。このリフレッシュ動作が、DRAMのアクセス速度を制限する要因の一つとなっている。

SRAM (Static RAM)

SRAMは、DRAMよりも高速に動作するRAMである。フリップフロップ回路を用いてデータを記憶するため、DRAMのようにリフレッシュ動作が不要である。そのため、高速なアクセス速度を実現できる。しかし、SRAMはDRAMに比べて製造コストが高く、集積度も低いため、大容量化が難しい。そのため、CPUのキャッシュメモリなど、限られた用途で使用されることが多い。

SDRAM (Synchronous DRAM)

SDRAMは、システムクロックと同期して動作するDRAMである。従来のDRAMは、CPUからの要求ごとにデータの読み書きを行っていたが、SDRAMはクロック信号に合わせてデータ転送を行うため、より効率的にデータの読み書きが可能になった。これにより、データ転送速度が向上し、システム全体の性能向上に貢献している。

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

DDR SDRAMは、SDRAMをさらに高速化したRAMである。クロック信号の立ち上がりと立ち下がりの両方でデータ転送を行うことで、データ転送速度を2倍にしている。DDR SDRAMは、現在主流のRAMであり、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5と世代が進むにつれて、動作速度とデータ転送速度が向上している。

各世代のDDR SDRAMの特徴

• DDR2 SDRAM: DDR SDRAMの後継規格。動作速度とデータ転送速度が向上し、消費電力が削減されている。
• DDR3 SDRAM: DDR2 SDRAMの後継規格。さらに動作速度とデータ転送速度が向上し、消費電力が削減されている。
• DDR4 SDRAM: DDR3 SDRAMの後継規格。より高速な動作と低消費電力を実現している。
• DDR5 SDRAM: DDR4 SDRAMの後継規格。大幅な帯域幅の向上と省電力化を実現し、最新のコンピュータシステムに採用されている。

これらのRAM以外にも、特殊な用途に特化したRAMも存在する。例えば、グラフィック処理に特化したGDDR SDRAMや、サーバー用途に特化したECC RAMなどがある。

RAMの種類によって、性能や価格が大きく異なる。そのため、コンピュータを構築する際は、用途に合わせて適切なRAMを選択することが重要である。

RAMとROMの違い

パソコンやスマートフォンを快適に利用するために、「メモリ」は重要な役割を果たす。 メモリには、大きく分けて「RAM」と「ROM」の2種類がある。この2つは名前が似ているため混同されがちだが、役割や特性は全く異なる。

RAM（Random Access Memory）とは

RAMは、作業台のようなものだ。パソコンで作業をする際に、CPUが処理するデータを一時的に保存しておく場所である。
例えば、Wordで文章を作成している時、開いているファイルや入力中の文字などはRAMに保存されている。
RAMの特徴は、高速でデータの読み書きが可能という点だ。
CPUはRAMにアクセスすることで、必要なデータをすばやく読み込み、処理することができる。

しかし、RAMは揮発性メモリであるため、電源を切るとデータは消えてしまう。
そのため、RAMに保存されているデータは、HDDやSSDなどのストレージに保存する必要がある。

ROM（Read Only Memory）とは

ROMは、説明書のようなものだ。パソコンを起動するために必要な基本的なプログラムやデータが記録されている。
読み出し専用メモリであるため、ユーザーがデータを書き換えることはできない。
ROMに記録されているデータは、電源を切っても消えることはない。

スマートフォンでは、ROMはストレージの意味で使われることが多い。
これは、本来のROMとは異なる意味であるため、注意が必要だ。

RAMとROMの違いをまとめると

RAMとROMはどちらもパソコンにとって重要なメモリだが、役割は全く異なる。
RAMは作業スペース、ROMは読み出し専用メモリという点を理解しておこう。