この記事を書いているぽん之助と申します。
IT資格を20個以上取得し、ブラック⇒ホワイト企業へ転職しました。
今回は、『テクノロジ系 コンピューター構成要素 41.メモリ』を理解しましょう！
テクノロジ系｜コンピューター構成要素｜41.メモリ
メモリの種類と特徴を理解する。
記憶媒体の種類と特徴を理解する。
この目標を達成するために、次の4つを解説していきます。『解説』パートで必要な知識をインプットし、ITパスポート試験の出題を分析した『出題パターン』で試験対策が可能です。
１．主記憶
・DRAM
・ROM
２．キャッシュメモリ
・SRAM
・1次・2次・2次キャッシュ
３．補助記憶
・HDD
・SSD
・光学ディスク（BD、DVD、CD）
・フラッシュメモリ（USBメモリ、SDカード）
４．メモリの比較
【解説①】主記憶（メインメモリ）
CPUがデータを読み書きする記憶装置
・DRAM
・ROM
DRAM（Dynamic Random Access Memory ）
主記憶に利用される半導体メモリ
・リフレッシュ必要（データの定期的書き込み）
・揮発性（電力供給無し→データ消失）
主記憶は、DRAM（Dynamic Random Access Memory ）と呼ばれる半導体メモリを用いています。
DRAMは、電気（電荷）で情報を記憶しており、時間とともに消失します。そのため、 リフレッシュ という、定期的な電気 （電荷） を更新が必要です。電荷で情報を記憶しているので、データの定期的な書き込みと同義です。
また、電気（電荷）で情報を記憶しているので、電力が供給がなくなると情報は消失します。この特性を揮発性と言います。
電力の供給がなくなったとき、記憶装置からデータが消失『するか』or『しないか』のことです。
・揮発性：データ消失する
・不揮発性：データ消失しない
ROM（Read Only Memory）
ファームウェア（BIOS）を記憶している読出し専用のメモリ
・不揮発性
［補足］ファームウエア
あらかじめハードウェアを制御するために組み込まれたソフトウェア
BIOSはファームウェアの中で、一番基礎となるプログラム
【出題パターン①】主記憶
問1.DRAM
PCに利用されるDRAMの特徴に関する記述として，適切なものはどれか。
出典：平成21年秋期 問83
ア：アクセスは，SRAMと比較して高速である。
イ：主記憶装置に利用される。
ウ：電力供給が停止しても記憶内容は保持される。
エ：読出し専用のメモリである。
DARMは主記憶に利用されます。また、DRAMは揮発性のメモリです。キャッシュメモリに使われるSRAMより、DRAMは速度が低速です。
ア：アクセスは，SRAMと比較して
⇒誤り：SRAM※と比較して低速である。（※詳細は後述）
イ：主記憶装置に利用される。
⇒正しい
ウ：電力供給が停止しても記憶内容は
⇒誤り：揮発性のメモリなので、電力供給が停止すると、記憶内容は消失します。
エ：読出し専用のメモリである。
⇒誤り：ROMのことです。
正解は、イ：主記憶装置に利用される。
【解説②】キャッシュメモリ
主記憶のアクセス速度をカバーするための記憶装置
→主記憶の実行アクセス時間を短縮
・SRAM
・コアからの距離・アクセス速度・容量
近・速・小>1次キャッシュ＞2次キャッシュ＞3次キャッシュ＞遠・遅・大
キャッシュメモリとは、CPU内部に設けられた高速にアクセスできる記憶装置です。
キャッシュメモリにデータを保存しておくことで、低速な主記憶へのアクセスを減らし、CPUの処理を高速化するために用います。したがい、主記憶の実行アクセス時間を短くできます。
SRAM（Static Random Access Memory）
キャッシュメモリに利用される半導体記憶装置
・リフレッシュ不要（データの定期的書き込み）
・揮発性（電力供給無し→データ消失）
キャッシュメモリは、SRAM（Static Random Access Memory）と呼ばれる、読み書き可能な半導体記憶装置が用いられています。
DRAMとは異なり、SRAMはデータの定期的な書き込みであるリフレッシュが不要です。
DRAMと同じく、電力の供給がなくなると、データが消失する揮発性の特徴を持ちます。
1次・2次・3次キャッシュ
複数のキャッシュメモリがあるときアクセスする順番に、1次・2次・3次キャッシュという。
↑『CPUコアに近い』、『高速』、『低用量』
・1次キャッシュ
・2次キャッシュ
・3次キャッシュ
↓『CPUコアに遠い』、『低速』、『大用量』
キャッシュメモリは複数搭載しているものがあり、CPUコアに近いものほど高速で低用量になります。
CPUコアに近いものから、1次キャッシュ、2次キャッシュ、3次キャッシュといいます。
1次キャッシュに該当データがない場合、2次キャッシュへアクセス、2次キャッシュにもない場合、3次キャッシュへアクセスという順番になります。
【出題パターン②】キャッシュメモリ
問1.キャッシュメモリ①
CPUのキャッシュメモリに関する説明のうち，適切なものはどれか。
出典：平成29年春期 問92
ア：キャッシュメモリのサイズは，主記憶のサイズよりも大きいか同じである。
イ：キャッシュメモリは，主記憶の実効アクセス時間を短縮するために使われる。
ウ：主記憶の大きいコンピュータには，キャッシュメモリを搭載しても効果はない
エ：ヒット率を上げるために，よく使うプログラムを利用者が指定して常駐させる。
キャッシュメモリは主記憶のアクセス速度をカバーするための記憶装置です。（容量は主記憶よりも小さいが、アクセス速度は速い）
ア：キャッシュメモリのサイズは，主記憶のサイズよりも大きいか同じである。
⇒誤り：主記憶よりも容量は小さいです。
イ：キャッシュメモリは，主記憶の実効アクセス時間を短縮するために使われる。
⇒正しい
ウ：主記憶の大きいコンピュータには，キャッシュメモリを搭載しても効果はない。
⇒誤り：主記憶の大きさは関係なく、主記憶のアクセス速度をカバーします。
エ：ヒット率を上げるために，よく使うプログラムを利用者が指定して常駐させる。
⇒誤り：利用者（ユーザー）は、キャッシュメモリへ常駐を指定しません。
正解は、イ：キャッシュメモリは，主記憶の実効アクセス時間を短縮するために使われる。
問2.アクセス時間の短縮
PCの処理効率を高めるために，CPUが主記憶にアクセスする時間を見かけ上短縮することを目的としたものはどれか。
出典：平成27年春期 問52
ア：SSD
イ：仮想記憶
ウ：キャッシュメモリ
エ：デフラグ
CPUが主記憶にアクセスする時間を見かけ上短縮するのは、キャッシュメモリです。
ア：SSD
⇒誤り：HDDと同じ補助記憶装置の1つ
イ：仮想記憶
⇒誤り：主記憶の容量が足りない場合、補助記憶装置を利用する仕組み。
ウ：キャッシュメモリ
⇒正しい
エ：デフラグ
⇒誤り：補助記憶装置のデータが分散した状態（フラグメンテーション）を解消する処理のこと。補助記憶装置のアクセス速度はあがる。
正解は、ウ：キャッシュメモリ
問3.1次・2次キャッシュメモリ
CPUに搭載された1次と2次のキャッシュメモリに関する記述のうち，適切なものはどれか。
出典：平成30年秋期 問65
ア：1次キャッシュメモリは，2次キャッシュメモリよりも容量が大きい。
イ：2次キャッシュメモリは，メインメモリよりも読み書き速度が遅い。
ウ：CPUがデータを読み出すとき，まず1次キャッシュメモリにアクセスし，データが無い場合は2次キャッシュメモリにアクセスする。
エ処理に必要な全てのデータは，プログラム開始時に1次又は2次キャッシュメモリ上に存在しなければならない。
複数のキャッシュメモリがあるときアクセスする順番に、1次、2次、3次キャッシュといいます。
↑『CPUコアに近い』、『高速』、『低用量』
・1次キャッシュ
・2次キャッシュ
・3次キャッシュ
↓『CPUコアに遠い』、『低速』、『大用量』
ア：1次キャッシュメモリは，2次キャッシュメモリよりも容量が
⇒誤り：1次キャッシュメモリは速度が速いですが、容量は小さいです。
イ：2次キャッシュメモリは，メインメモリよりも読み書き速度が
⇒誤り：キャッシュメモリはメインメモリ（主記憶）よりも読み書き速度は速いです。
ウ：CPUがデータを読み出すとき，まず1次キャッシュメモリにアクセスし，データが無い場合は2次キャッシュメモリにアクセスする。
⇒正しい
エ：処理に必要な全てのデータは，プログラム開始時に1次又は2次キャッシュメモリ上に
⇒全てキャッシュメモリ上に存在しなくても良いです。存在しない場合、主記憶にアクセスします。
正解は、ウ：CPUがデータを読み出すとき，まず1次キャッシュメモリにアクセスし，データが無い場合は2次キャッシュメモリにアクセスする。
問4.キャッシュメモリ②
CPUのキャッシュメモリに関する記述のうち，適切なものはどれか。
出典：平成26年春期 問65
ア：1次キャッシュには，2次キャッシュよりも低速なメモリが使われる。
イ：1次キャッシュは演算処理の高速化のために使われ，2次キャッシュは画像描画の高速化のために使われる。
ウ：1次キャッシュは最初にアクセスされ，2次キャッシュは1次キャッシュにデータがないときにアクセスされる。
エ：1次キャッシュは主記憶アクセスの高速化のために使われ，2次キャッシュは仮想記憶の実現のために使われる。
繰り返しになりますが、複数のキャッシュメモリがあるときアクセスする順番に、1次、2次、3次キャッシュといいます。
↑『CPUコアに近い』、『高速』、『低用量』
・1次キャッシュ
・2次キャッシュ
・3次キャッシュ
↓『CPUコアに遠い』、『低速』、『大用量』
ア：1次キャッシュには，2次キャッシュよりも
⇒誤り：1次キャッシュには、2次キャッシュよりも高速なメモリが使われます。
イ：1次キャッシュは演算処理の高速化のために使われ，2次キャッシュは
⇒誤り：1次キャッシュ、2次キャッシュどちらも演算処理の高速化のために用います。
ウ：1次キャッシュは最初にアクセスされ，2次キャッシュは1次キャッシュにデータがないときにアクセスされる。
⇒正しい
エ：1次キャッシュは主記憶アクセスの高速化のために使われ，2次キャッシュは
⇒1次キャッシュと2次キャッシュも、主記憶のアクセスの高速化のために使います。
正解は、ウ：1次キャッシュは最初にアクセスされ，2次キャッシュは1次キャッシュにデータがないときにアクセスされる。
【解説②】補助記憶装置
主記憶の低用量と揮発性をカバーする記憶装置
→『大容量』『不揮発性』の記憶装置
・HDD、SSD
・光学ディスク（BD、DVD、CD）
・フラッシュメモリ（USBメモリ、SDカード）
HDDとSSD
●HDD(Hard Disk Drive)
電磁的・機械的に情報を読み書きする補助記憶装置
・長所：安い、大容量
・短所：遅い、うるさい、衝撃に弱い、重い
●SSD（Solid State Drive）
電気的に半導体素子メモリで情報を読み書きする補助記憶装置
・長所：早い、静か、衝撃に強い、軽い
・短所：高い、低容量
HDDとSSDの長所・短所は、2つを比較して抑えておくと良いです。
HDDは『価格が安くて、大容量だけど、遅い』。SSDは『速いけど、価格が高くて低用量』ということです。
また、騒音性と耐衝撃性、重量は、HDDとSSDの構造から理解しましょう。
HDDは、円盤を高速回転し、磁気ヘッドを機械的に移動し、情報を読み書きします。SSDは半導体素子メモリで電気的に情報を読み書きします。
したがって、 SSDと比較すると 、HDDは『うるさく』、『衝撃に弱く』、『重い』です。逆に、SSDは『静かで』、『衝撃に強く』、『軽い』になります。
HDDとSSDの長所・短所の比較表は、Buffaloのウェブサイトが非常に分かりやすいので、目を通しましょう！
株式会社バッファロー SSDとは？HDDとの違いは？
光学ディスク（BD、DVD、CD）
光（半導体レーザー）によって情報を読み書きする補助記憶装置
・容量の大きさ
大きい＞BD＞DVD>CD＞小さい
・用途別の型
-R：追記型
-RW（-RE※）：書き換え型
※BDの場合
-ROM：読み出し専用型
※ROM：read only memory
-RAM：PC向け書き換え型
BD（Blu-ray Disc）、DVD（Digital Versatile Disc）、CD（Compact Disk）いずれも、光（半導体レーザー）によって情報を読み書きする補助記憶装置で、光学ディスクと呼ばれます。
※Versatile：多目的に利用できる
容量は、BD＞DVD>CDの順に大きいです。各ディスクが直径12㎝、-Ｒ(追記型)の場合、具体的な容量は次になります。
・BD-R：片面25GB（片面2層：50GB）
・DVD-R：片面4.7GB（片面2層：9.4GB）
・CD-R：650MBもしくは700MB
また、BD、DVD、CDには用途に応じて、複数の型があります。
-R:追記型
〇書き込み、×書き換え、〇読み込み
⇒BD-R、DVD-R、CD-R
-RW（-RE）：書き換え型
〇書き込み、〇書き換え、〇読み込み
⇒BD-RE、DVD-RW、CD-RW
-ROM:読み出し専用型
×書き込み、×書き換え、〇読み込み
※ROM:read only memory
⇒BD-ROM、DVD-ROM、CD-ROM
-RAM:PC向け書き換え型
〇書き込み、〇書き換え、〇読み込み
⇒DVD-RAM
近年はBDが主流ですが、SONYはCD、DVDいずれも販売していました。商品紹介のページを見ると具体的に理解できますよ！
SONY 商品一覧 ブルーレイディスクメディア
SONY 生産完了品 記録メディア
パーソナルコンピューター VAIO® サポート【パソコン豆知識】ブルーレイディスクの種類と使い分けについて知りたい
フラッシュメモリ（USBメモリ、SDカード）
電気的に半導体素子メモリで情報を読み書きする補助記憶装置
・USBメモリ
USB端子でコンピュータに接続する、フラッシュメモリ
・SDカード
プラスチックケースに収めたカード型のフラッシュメモリ
【出題パターン③】補助記憶装置
問1.HDD
PCの補助記憶装置であるハードディスク装置の説明として，適切なものはどれか。
出典：平成24年春期 問63
ア：CD-ROM装置に比べて読み書きの速度は遅い。
イ：主記憶装置としても利用される。
ウ：データの保持に電力供給が必要である。
エ：ランダムアクセスが可能である。
HDD(Hard Disk Drive)は、電磁的・機械的に情報を読み書きする補助記憶装置
・長所：安い、大容量
・短所：遅い、うるさい、衝撃に弱い、重い
ア：CD-ROM装置に比べて読み書きの速度は
⇒誤り：光学ディスク（CD-ROMなど）より、HDDの方が読み書き速度は速いです。
［補足］補助記憶装置の書き込み速度比較
SSD＞HDD＞光学ディスク（BD、DVD、CD）
イ：
⇒誤り：HDDは、補助記憶装置として用いられます。
ウ：データの保持に電力供給が
⇒誤り：補助記憶装置は不揮発性（データ保持に電力供給不要）です。
エ：ランダムアクセスが可能です。
⇒正しい：任意の記憶領域にアクセスが可能です。
［補足］ ランダムアクセス
順番は関係なく、任意の記憶領域にアクセスすること。
⇔シーケンシャルアクセス：端から順番に記憶領域にアクセスすること。
例.磁気テープ
正解は、エ：ランダムアクセスが可能である。
問2.補助記憶装置
機械的な可動部分が無く，電力消費も少ないという特徴をもつ補助記憶装置はどれか。
出典：平成28年春期 問72
ア：CD-RWドライブ
イ：DVDドライブ
ウ：HDD
エ：SSD
SSDは、半導体素メモリを利用しているので、機械的な駆動部はなく、電力消費も少ないです。
一方、CD-RWドライブ、DVDドライブはディスクを回転させる稼働部、HDDも同様に機械的な駆動部があります。
正解は、エ：SSD
問3.光学ディスク容量
次の記憶媒体のうち，記録容量が最も大きいものはどれか。ここで，記憶媒体の直径は12cmとする。
出典：平成28年秋期 問56
ア：BD-R
イ：CD-R
ウ：DVD-R
エ：DVD-RAM
光学ディスクの記憶容量の大きさは次の順になります。
大きい＞BD＞DVD>CD＞小さい
正解は、ア：BD-R
問4.CD-R
CD-Rの記録層にデータを書き込むために用いるものはどれか。
出典：平成26年秋期 問65
ア：音
イ：磁気
ウ：電気
エ：光
CD-Rは光学ディスクの1つです。情報の書き込みには、光（半導体レーザー）を用います。
正解は、エ：光
問5.DVD
コンピュータの補助記憶装置であるDVD装置の説明として，適切なものはどれか。
出典：平成25年春期 問70
ア：記録方式の性質上，CD-ROMを読むことはできない。
イ：小型化することが難しく，ノート型PCには搭載できない。
ウ：データの読出しにはレーザ光を，書込みには磁気を用いる。
エ：読取り専用のもの，繰返し書き込むことができるものなど，複数のタイプのメディアを利用できる。
ア：記録方式の性質上，CD-ROMを読むことは
⇒誤り：DVD装置でCD-ROMも読みこみが可能です。
イ：小型化することが難しく，ノート型PCには
⇒誤り：ノート型PCにも搭載されています。
ウ：データの読出しにはレーザ光を，書込みには
⇒誤り：データの読み書きともに光（レーザー）を用いています。
エ：読取り専用のもの，繰返し書き込むことができるものなど，複数のタイプのメディアを利用できる。
⇒正しい：DVD-R（追記型）、DVD-RW（書き込み型）、DVD-ROM（読み込み専用）などがあります。
正解は、エ：読取り専用のもの，繰返し書き込むことができるものなど，複数のタイプのメディアを利用できる。
問6.半導体メモリ
記憶素子として半導体メモリを用いているものはどれか。
出典：平成24年秋期 問61
ア：CD-ROM
イ：DVD-RAM
ウ：MD
エ：USBメモリ
CD-ROM、DVD-RAM、MDは全て光学ディスクです。
USBメモリは、半導体メモリ（フラッシュメモリ）を用いています。
［補足］MD （MiniDisc）
ソニーが開発した光学ディスクのことで、音楽の録音に用いられていました。
正解は、エ：USBメモリ
問7.フラッシュメモリ
フラッシュメモリの説明として，適切なものはどれか。
出典：平成29年秋期 問67
ア：紫外線を利用してデータを消去し，書き換えることができるメモリである。
イ：データ読出し速度が速いメモリで，CPUと主記憶の性能差を埋めるキャッシュメモリによく使われる。
ウ：電気的に書換え可能な，不揮発性のメモリである。
エ：リフレッシュ動作が必要なメモリで，主記憶によく使われる。
フラッシュメモリは、半導体素子メモリで情報を電気的に読み書きする補助記憶装置です。
ア：
⇒誤り：電気的にデータを読み書きする補助記憶装置です。
イ：データ読出し速度が速いメモリで，CPUと主記憶の性能差を埋める
⇒誤り：SRAMの特徴。フラッシュメモリは補助記憶装置の1つです。
ウ：電気的に書換え可能な，不揮発性のメモリである。
⇒正しい
エ：リフレッシュ動作が
⇒誤り：DRAMの特徴。フラッシュメモリはリフレッシュ（定期的なデータの書き込み）は不要で、補助記憶装置に用いられます。
正解は、ウ：電気的に書換え可能な，不揮発性のメモリである。
【解説④】メモリの比較
次の表を理解しておきましょう！特に黄色がポイントです。
【出題パターン④】メモリの比較
問1.種類の比較
コンピュータの記憶階層におけるキャッシュメモリ，主記憶及び補助記憶と，それぞれに用いられる記憶装置の組合せとして，適切なものはどれか。
出典：令和元年秋期 問60
ア：キャッシュメモリ）DRAM
主記憶）HDD
補助記憶）DVD
イ：キャッシュメモリ）DRAM
主記憶）SSD
補助記憶）SRAM
ウ：キャッシュメモリ）SRAM
主記憶）DRAM
補助記憶）SSD
エ：キャッシュメモリ）SRAM
主記憶）HDD
補助記憶）DRAM
『キャッシュメモリ＝SRAM』と『主記憶＝DRAM』、『補助記憶＝その他』を抑えておきましょう。
正解は、ウ：キャッシュメモリ）SRAM 主記憶）DRAM補助記憶）SSD
問2.アクセス速度の比較
次の記憶装置のうち，アクセス時間が最も短いものはどれか。
出典：平成31年春期 問70
ア：HDD
イ：SSD
ウ：キャッシュメモリ
エ：主記憶
アクセス時間は短い方から、キャッシュメモリ＞主記憶＞SSD＞HDD＞光学ディスクになります。
正解は、ウ：キャッシュメモリ
問3.揮発性・不揮発性の比較①
DRAM，ROM，SRAM，フラッシュメモリのうち，電力供給が途絶えても内容が消えない不揮発性メモリはどれか。
出典：平成25年春期 問63
ア：DRAMとSRAM
イ：DRAMとフラッシュメモリ
ウ：ROMとSRAM
エ：ROMとフラッシュメモリ
・DRAM、SRAM：揮発性
・補助記憶装置、ROM：不揮発性
［補足］ROM（read only memory）
半導体などを用いた記憶素子および記憶装置の1つ、利用時にはデータの読み出しのみが可能。
正解は、エ：ROMとフラッシュメモリ
問4.揮発性・不揮発性の比較②
媒体①～⑤のうち，不揮発性の記憶媒体だけを全て挙げたものはどれか。
出典：平成24年秋期 問58
①DRAM
②DVD
③SRAM
④磁気ディスク
⑤フラッシュメモリ
ア：①，②
イ：①，③，⑤
ウ：②，④，⑤
エ：④，⑤
不揮発性の特徴は、補助記憶装置とROMが持ちます。したがって、補助記憶装置を選ぶと、②DVD、④磁気ディスク（HDD）、⑤フラッシュメモリになります。
正解は、ウ：②，④，⑤
問5.DRAM、ROM、SRAM、フラッシュメモリ
メモリに関する説明のうち，適切なものはどれか。
出典：平成30年春期 問76
ア：DRAMは，定期的に再書込みを行う必要があり，主に主記憶に使われる。
イ：ROMは，アクセス速度が速いので，キャッシュメモリなどに使われる。
ウ：SRAMは，不揮発性メモリであり，USBメモリとして使われる。
エ：フラッシュメモリは，製造時にプログラムやデータが書き込まれ，利用者が内容を変更することはできない。
表を再掲します。
ア：DRAMは，定期的に再書込みを行う必要があり，主に主記憶に使われる。
⇒正しい
イ：ROMは，アクセス速度が速いので，キャッシュメモリなどに使われる。
⇒誤り：SRAMの特徴になります。
ウ：SRAMは，不揮発性メモリであり，USBメモリとして使われる。
⇒誤り：フラッシュメモリの特徴です。
エ：フラッシュメモリは，製造時にプログラムやデータが書き込まれ，利用者が内容を変更することはできない。
⇒ROMの特徴です。
正解は、ア：DRAMは，定期的に再書込みを行う必要があり，主に主記憶に使われる。
まとめ：メモリ
メモリの種類と特徴を理解する。
記憶媒体の種類と特徴を理解する。
お疲れ様でした！
この記事の目標が達成できたか、繰り返しになりますが内容をおさらいしましょう！
処理のプログラムデータを記憶
・DRAM:リフレッシュ必要、揮発性
・ROM：読み込み専用、リフレッシュ不要、不揮発性
２．キャッシュメモリ
主記憶のアクセス速度を補助
・SRAM：リフレッシュ不要、揮発性
・1次・2次・2次キャッシュ：CPUのアクセス順序
３．補助記憶
主記憶の容量と不揮発性を補助
・HDD：電磁的・機械的な補助記憶装置
・SSD：電気的な半導体メモリの補助記憶装置
・光学ディスク（BD、DVD、CD）：光（レーザー）による補助記憶装置
・フラッシュメモリ（USBメモリ、SDカード）：電気的な半導体メモリの補助記憶装置
４．メモリの比較
下の表を理解する！
目標が達成できた方は、次に進みましょう！
この記事の問合せ：ぽん之助
コメント