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Memory

What is a memory?

メモリとはコンピュータにおいて,データを保存する場所である.
広い意味では,主記憶装置の他に補助記憶装置(HHD, SSDなど)を含む場合もある.
両者の違いは基本的に,主記憶装置は揮発性(一度電源を落とせば,データは消えてしまう)メモリであり,補助記憶装置は不揮発性(電源を落としてもデータは保存される)メモリであるということである.
CPUの大きさ(Clock Speed)が大きい場合に,処理能力が大きいとすると,メインメモリの大きさは,一度に処理できるデータ大きいというような捉え方をすることができる.
https://ja.wikipedia.org/wiki/Random_Access_Memory https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive
(image:https://ja.wikipedia.org/wiki/Random_Access_Memory)
(image:https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive)

RAM(Random Access Memory)とROM(Read Only Memory)

代表的なメモリの種類にRAM(Random Access Memory)と ROM(Read Only Memory)がある.ROMは文字通り,一度書いたら上書きは出来ず,読み出し専用のメモリである.(が,最近では際書き込み可能なものもある.)
それに対しRAMは基本的に何度でも読み出し,書き込みができる.
それぞれにいくつかの種類がある.

RAM

RAMには大きく分けて2つの種類がある.
https://ednjapan.com/edn/articles/1704/24/news063_3.html
(image:https://ednjapan.com/edn/articles/1704/24/news063_3.html)

SRAM(Static Random Access Memory)

SRAMの特徴

  • 記憶部にフリップフロップ回路を用いている.(いわゆる通常のフリップフロップに使われているラッチ回路では非常に面積を消費するため,上図のbのような回路を用いて設計されている.)
  • フリップフロップ回路を用いていることから,メモリのリフレッシュが不要であり,DRAMに比べて消費電力が非常に小さい
  • 消費電力が小さいことから,多くのマイコンで利用されている.
  • 価格は一般にDRAMよりも高い.
  • CPUキャッシュをはじめとして,様々なキャッシュメモリ,その他様々な機器の組み込みメモリとして広く用いられている.

SRAMの設計
以下がSRAMの回路図である.典型的なSRAMは以下のような6つのトランジスタセルで構成されることが多い.中心の4つのトランジスタセルが0または1の状態を表し,両脇の2つのトランジスタセルで読み出し,書き込みを行う. https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/memory/memory_what3
(image:https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/memory/memory_what3)

SRAMの動作
SRAMは以下のような3状態を変遷しながら動作する.

スタンバイ両脇のトランジスタセルが切り離された状態で,中心のセルは状態を保持し続ける.
書き込み書き込むべき値に対応した電圧をbit線にかける.(どちらのbit線に電圧をかけるかで入力が変わる.)
読み取り事前充電を行なったセルを放電させ,電位差によってそのセルが保持している状態を読み取る.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)

DRAMの特徴

  • キャパシタ(コンデンサ)に蓄えられた電荷によって情報を記憶する.
  • 電荷は時間とともに失われていってしまうため,常に電荷をリフレッシュしなくてはならない.(このように常に動き続けることからDynamicという名前がついた.)
  • SRAMに比べて消費電力は大きい
  • SRAMに比べて安価で大容量のメモリを作ることが可能.

DRAMの構造
以下がDRAMの回路図である.電荷の有無によって1bitの情報を記憶する.
メモリセルはそれぞれ一つずつのコンデンサとFET(電界効果トランジスタ)から構成される.
https://ja.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Random_Access_Memory

DRAMの動作
基本的にコンデンサに電荷が存在するかどうかでデータの保存,書き出しを行う.

ROM

フラッシュメモリ

  • 近年のマイコンに組み込まれている主流のメモリ.(主に命令用)
  • 電気的に消去,再書き込み可能.(ただしチップ全体での消去)
  • NAND型NOR型がある.

Reference


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Last-modified: 2019-07-22 (月) 14:45:13 (860d)