メモリの仕組みと性能

DRAMは記憶内容を保持するため定期的なリフレッシュが必要な揮発性メモリで、高密度化しやすいため主記憶に広く用いられます。SRAMは、通電中であればリフレッシュを必要とせず、DRAMより高速ですが、一般に1ビット当たりの回路規模が大きく高価です。

そのためSRAMはキャッシュメモリ、DRAMは主記憶という使い分けが代表的です。どちらも通常は電源を切ると内容を失う揮発性メモリです。

DRAMは主記憶、SRAMは高速なキャッシュに適する。

フラッシュメモリは、電源を切っても記憶内容を保持できる不揮発性半導体メモリです。SSD、USBメモリ、メモリカードなどに利用され、機械的な可動部分を必要としません。

書換え回数には上限があるため、SSDでは書込みを特定の記憶領域へ集中させないウェアレベリングなどが利用されます。フラッシュメモリはSRAMやDRAMとは異なり不揮発性です。

フラッシュメモリは電源断後も内容を保持する半導体メモリ。

キャッシュメモリは、CPUと主記憶の速度差を埋めるための高速な記憶装置です。プログラムは、最近使ったデータやその近くのデータを続けて使いやすいという参照の局所性をもつため、それらを保持しておくと主記憶へのアクセスを減らせます。必要なデータがキャッシュに存在する割合をヒット率といいます。

実効アクセス時間を求めるときは、ヒット時とミス時に何時間掛かると問題文が定義しているかを確認します。例えばミス時にも先にキャッシュを調べる条件なら、ミス時の時間にはキャッシュ参照時間と主記憶参照時間の両方を含めます。

実効アクセス時間はヒット時とミス時を確率で加重平均する。

記憶装置へのアクセス方式には、記録順に読み書きする順次アクセスや、目的の位置を指定してアクセスする方式があります。主記憶ではアドレスを指定して目的の記憶場所へアクセスします。

メモリインタリーブは、主記憶を複数のバンクに分け、連続するアドレスを異なるバンクへ配置するなどして、複数バンクへのアクセスを重ね合わせる方式です。一つのバンクのアクセス完了を待つ時間を利用して別バンクへアクセスし、実効的な転送性能を高めることができます。

メモリインタリーブは複数バンクを並行的に利用して性能を高める。