メモリアーキテクメモリアーキテクチャチャメモリアーキテクメモリアーキテクチャチャ メモリ装置とは?
① メモリのアーキテクチャ ->各種メモリ・階層構造
② メモリアーキテクチャの目的 ->効果的な使用 ->プログラムの効率的実行
メモリのアドレメモリのアドレススメモリのアドレメモリのアドレスス
メモリにはアドレスが割り振られている
1 バイト (8 ビット )
・
・
0 ( 0000 )
アドレス( 2 進数)
1 ( 0001 )2 ( 0010 )3 ( 0011 )4 ( 0100 )
メモリの内部構メモリの内部構造造メモリの内部構メモリの内部構造造
列デコーダア
ドレ
ス
制御信号
バッファ
行デコー
ダ
メモリセルマトリックス制御回路
読み書き回路データ
アドレス情報はデコーダにより 2 次元のセルに対応される
メモリの種メモリの種類類メモリの種メモリの種類類
IC メモリを機能的に分類する大きく分けると ROM と RAM に分けられる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROMOTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリ
SRAM
DRAM
ROMROMROMROM
ROM (read only memory)電源を切ってもデータは消えない(不揮発性)
ROM は MASK-ROM と PROM ( programmable ROM )とに分けられる
電源を入れて最初に実行するプログラムなど、消えては困る情報を格納する。
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
その他、ゲームなど
メモリの種メモリの種類類メモリの種メモリの種類類
IC メモリを機能的に分類する大きく分けると ROM と RAM に分けられる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROMOTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリ
SRAM
DRAM
MASK-ROMMASK-ROMMASK-ROMMASK-ROM
MASK-ROMIC 内部の配線によってデータを記憶•内容の後からの変更は不可能•内容の変更は IC そのものの作り直しとなるため、大変な作業と莫大な費用がかかる。•内容の変更がなく大量生産する場合は、量産効果により単価が一番安くなる。•安定性に優れている。
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
メモリの種メモリの種類類メモリの種メモリの種類類
IC メモリを機能的に分類する大きく分けると ROM と RAM に分けられる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROMOTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリ
SRAM
DRAM
PROMPROMPROMPROM
PROM (programmable ROM)ユーザが後からデータを書き込むことができるROM
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
PROM は大きく分けて
とに分けられる
OTPROM (one time PROM)
EPROM (erasable PROM)
•1 回のみ書き込みが行える
•何度も書き込みが行える•さらに UV-EPROM, EEPROM, フラッシュメモリに分けられる
メモリの種メモリの種類類メモリの種メモリの種類類
IC メモリを機能的に分類する大きく分けると ROM と RAM に分けられる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROMOTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリ
SRAM
DRAM
UV-EPROMUV-EPROMUV-EPROMUV-EPROM
UV-EPROM (ultra violet EPROM)記憶内容の消去に紫外線を用いる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
紫外線消去型 EPROM
EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM
EEPROM (electrically EPROM)電源電圧より高い電圧をかけることにより、電気的にデータを消去でき、基盤に実装したままデータを消去して書き換えが可能
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
1 ビットだけ書き換えると行ったような、細かい操作は出ない。全てのビットをいったん消去して書き換えなければならない。
フラッシュメフラッシュメモリモリフラッシュメフラッシュメモリモリフラッシュメモリ
EEPROM の欠点を改良したメモリ
ブロック単位での消去/書き込みが可能
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
デジタルカメラやゲーム機のメモリカード、 PC 等に使われるメモリスティックなど現在幅広く使われている。
メモリの種メモリの種類類メモリの種メモリの種類類
IC メモリを機能的に分類する大きく分けると ROM と RAM に分けられる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROMOTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリ
SRAM
DRAM
RAMRAMRAMRAM
RAM (random access memory)任意に読み書きできる
電源を切るとデータは消える(揮発性)
RAM は SRAM と DRAM とに分けられる
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
SRAMSRAMSRAMSRAM
SRAM (static RAM) フリップフロップ回路によって構成
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
•電源さえ供給されていれば記憶内容を保持することが可能•読み書きの速度が高速•1 メモリセルあたりの回路が複雑であるため、大容量化が難しく、コスト高
キャッシュメモリなど、コストより速度を重視する分野に使用される。
DRAMDRAMDRAMDRAM
DRAM (dynamic RAM) コンデンサによって構成
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
•コンデンサなので記憶内容の保持に頻繁なリフレッシュが必要•リフレッシュ中はデータの読み書きができないので動作速度が SRAM より遅くなる•1 メモリセルあたりの回路が簡単であるため、大容量化が容易、コスト安
コンピュータの主記憶装置として使われる
DRAMDRAMDRAMDRAM
DRAM (dynamic RAM) コンデンサによって構成
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
•コンデンサなので記憶内容の保持に頻繁なリフレッシュが必要•リフレッシュ中はデータの読み書きができないので動作速度が SRAM より遅くなる•1 メモリセルあたりの回路が簡単であるため、大容量化が容易、コスト安
コンピュータの主記憶装置として使われるこの DRAM にもアクセス高速化のためいくつかの種類がある
メモリの並列動メモリの並列動作作メモリの並列動メモリの並列動作作インタリープ:
メモリをバンクと呼ばれる単位に分割して、それぞれ独立してアクセスできるようにする
1バンク A
バンク B
見かけ上のアクセス
3 5 7
2 4 6 8
1
時間
2 3 4 5 6 7 8
見かけ上のアクセス時間を半分にできる
DRAMDRAM の高速の高速化化DRAMDRAM の高速の高速化化
CPU の高速化←クロック速度の上昇→メモリアクセス速度向上の必要性
IC メモリ
ROM
RAM
MASK-ROM
PROM
OTPROM
EPROM
UV-EPROM
EEPROM
フラッシュメモリSRAM
DRAM
•SRAM:アクセスタイム 2~ 25ns 、 1万円~ 2万円/ 1 メガバイト•DRAM:アクセスタイム 60~ 120ns 、 200円~ 500円/ 1メガバイト•ハードディスク:アクセスタイム 10^7ns 、 10円~ 20円/ 1メガバイト
( 1998年頃)
(元データは古いが、アクセスタイムとコストの関係は今も変わっていない)
SDRAMSDRAM ととDDRRAMDDRRAMSDRAMSDRAM ととDDRRAMDDRRAMDDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
SDRAM ( Synchronous DRAM )に代わって、パソコン用のメモリの主流の地位を占めるようになったのが、 DDR SDRAM
SDRAM… クロック信号の 立ち上がりを使ってデータの転送を行う(立ち上がりのみに同期)DDR SDRAM… クロック信号の 立ち上がりと、立ち下りの両方を使ってデータを転送を行う(立ち上がりと立下りに同期)
この結果、 DDR SDRAM は、 1 クロックで 2 回のデータ転送を行えるようになり、 SDRAM と比べて、理論的には最大 2倍のデータ転送速度が得られる。
DDR RAMDDR RAM の形状の形状DDR RAMDDR RAM の形状の形状DDR RAM は、 Athlon 、 Duron 用の主力メモリであり、 Coreシリーズ用のマザーボードの大半も、このタイプのメモリを使用します。
現在の主流は DDR3と呼ばれるタイプで、そのデータ転送速度は21.2 GB/ sec( 1333のデュアルモード)。
RD RAMRD RAMRD RAMRD RAMRamubus 社が開発した、高速メモリチップの名称。SDRAM の網目構造と違って、メモリチップが直列に並んでいるのが大きな特徴。現在は、データの転送方式を改良した Direct RDRAM が登場しており、パソコン向けのメインメモリやグラフィックスカードのビデオメモリとして採用
RDRAM のメモリモジュールの形状は、 RIMM ( RambusIn-line Memory Module )と呼ばれ、 184 個のピン(端子)がある。
メモリの階層構メモリの階層構造造メモリの階層構メモリの階層構造造
CPU(レジス
タ)キャッシュメ
モリメインメモリ
ハードディスク(仮想記
憶)外部記憶装置
ネットワーク (インターネット)
高速
大容量
次世代のメモ次世代のメモリリ次世代のメモ次世代のメモリリQRSL (Quad Rambus Signaling Level)
クロック数を上げるために 1 クロックあたり 4値の低振幅信号を使うことで高速なデータ 転送速度を実現した.
補助記憶装置補助記憶装置補助記憶装置補助記憶装置
・ハードディスク ・半導体ディスク・ディスクキャッシュ・光磁気ディスク( Magneto Optical disk)・光ディスク・磁気テープ・ディスクアレイ・フロッピーディスク・フラッシュメモリ・ネットワークファイル装置
これらの装置については説明不要だと思うので説明しない。
本日のまと本日のまとめめ本日のまと本日のまとめめ
1. メモリの構成
2. メモリの種類
3. メモリの高速化手法
4. メモリの階層構造
5. 次世代のメモリ
メモリアーキテクチャメモリアーキテクチャ11-- メモリ装置とメモリアーキテクチメモリ装置とメモリアーキテクチャャ --