RAMの仕組み

ランダム アクセス メモリ (RAM) は、コンピュータ メモリの最もよく知られた形式です。これにより、コンピュータはインターネットにアクセスした後、アプリケーションの読み込みやドキュメントの編集にすぐに切り替えることができます。 RAM は、セルで交差する行と列がわかっていれば、任意のメモリ セルに直接アクセスできるため、「ランダム アクセス」とみなされます。

対照的に、シリアル アクセス メモリ(SAM) は、(カセット テープのように) 連続的にのみアクセスできる一連のメモリ セルとしてデータを保存します。データが現在の場所にない場合は、必要なデータが見つかるまで各メモリ セルがチェックされます。 SAM は、通常、データが使用される順序で保存されるメモリ バッファ (ビデオ カードのテクスチャ バッファ メモリなど) に非常に適しています。一方、RAM データには任意の順序でアクセスできます。

RAM は基本的にコンピュータの短期メモリです。マイクロプロセッサと同様に、メモリ チップは数百万のトランジスタとコンデンサで構成される集積回路(IC) です。コンピュータ メモリの最も一般的な形式であるダイナミック ランダム アクセス メモリ(DRAM) では、トランジスタとコンデンサがペアになって、単一ビットのデータを表すメモリ セルが作成されます。コンデンサは情報のビット (0 または 1) を保持します (ビットの詳細については、「ビットとバイトの仕組み」を参照してください)。トランジスタは、メモリ チップ上の制御回路がコンデンサを読み取ったり、その状態を変更したりできるようにするスイッチとして機能します。

コンデンサは電子を蓄える小さなバケツのようなものです。メモリ セルに 1 を格納するには、バケツに電子を充填します。 0 を格納するには、空にします。コンデンサのバケットの問題は、漏れがあることです。数ミリ秒以内に、いっぱいになったバケツは空になります。したがって、ダイナミック メモリが動作するには、CPU またはメモリ コントローラが来て、1 を保持しているすべてのコンデンサを放電する前に再充電する必要があります。これを行うために、メモリ コントローラーはメモリを読み取り、すぐに書き込みます。この更新操作は 1 秒あたり数千回自動的に行われます。

ダイナミック RAM メモリ セル内のコンデンサは、漏れやすいバケツのようなものです。定期的にリフレッシュする必要があります。そうしないと、0 まで放電されます。このリフレッシュ操作がダイナミック RAM の名前の由来です。ダイナミック RAM は常に動的にリフレッシュする必要があり、そうしないと保持している内容を忘れてしまいます。このリフレッシュには時間がかかり、記憶の速度が遅くなるという欠点があります。

この記事では、RAM とは何か、購入する必要がある種類、およびインストール方法についてすべて学びます。

メモリセルとDRAM

メモリは 2 次元のグリッドに配置されたビットで構成されます。

この図では、赤いセルは 1 を表し、白いセルは 0 を表します。アニメーションでは、列が選択され、行がチャージされて特定の列にデータが書き込まれます。

メモリ セルは、列 (​​ビット線) と行 (ワード線) のアレイでシリコン ウェーハ上にエッチングされます。ビット線とワード線の交差点がメモリセルのアドレスを構成します。

DRAM は、適切な列 (CAS) を介して電荷を送信し、列内の各ビットでトランジスタをアクティブにすることによって動作します。書き込み時に、行ラインにはコンデンサが取るべき状態が含まれます。読み取り時、センスアンプはコンデンサ内の電荷レベルを決定します。 50% を超える場合は 1 として読み取ります。それ以外の場合は、0 として読み取られます。カウンタは、どの行がどのような順序でアクセスされたかに基づいて、リフレッシュ シーケンスを追跡します。これらすべてを行うのに必要な時間はナノ秒(10 億分の 1 秒) で表されるほど短いです。メモリ チップの定格が 70 ナノ秒であるということは、各セルを完全に読み取って再充電するのに 70 ナノ秒かかることを意味します。

メモリセルに情報を出入りする何らかの方法がなければ、メモリセルだけでは価値がありません。したがって、メモリセルには、他の特殊な回路の全体的なサポートインフラストラクチャがあります。これらの回路は次のような機能を実行します。

メモリ コントローラーのその他の機能には、メモリの種類、速度、量の識別、エラーのチェックなどの一連のタスクが含まれます。

スタティック RAM は DRAM とは動作が異なります。次のセクションでその方法を見ていきます。

スタティックRAM

スタティック RAM はまったく異なるテクノロジーを使用します。スタティック RAM では、フリップフロップの形式がメモリの各ビットを保持します (フリップフロップの詳細については、「ブール ロジックの仕組み」を参照してください)。メモリ セルのフリップフロップには、配線とともに 4 つまたは 6 つのトランジスタが必要ですが、リフレッシュする必要はありません。これにより、スタティック RAM はダイナミック RAM よりも大幅に高速になります。ただし、スタティック メモリ セルにはより多くの部品があるため、チップ上でダイナミック メモリ セルよりも多くのスペースを占有します。したがって、チップあたりのメモリが少なくなり、価格が上昇します。

スタティック RAM は高速ですが高価ですが、ダイナミック RAM は安価ですが低速です。そのため、静的 RAM は CPU の速度重視のキャッシュを作成するために使用され、動的 RAM はより大きなシステム RAM スペースを形成します。

デスクトップ コンピュータのメモリ チップは、もともとデュアル インライン パッケージ(DIP) と呼ばれるピン構成を使用していました。このピン構成は、コンピューターのマザーボード上の穴にはんだ付けするか、マザーボードにはんだ付けされたソケットに差し込むことができます。この方法は、コンピュータが通常数メガバイト以下の RAM で動作する場合には問題なく機能しましたが、メモリの必要性が増大するにつれて、マザーボード上のスペースを必要とするチップの数も増加しました。

解決策は、メモリ チップをすべてのサポート コンポーネントとともに別のプリント基板(PCB) 上に配置し、マザーボード上の特別なコネクタ (メモリ バンク) に接続できるようにすることでした。これらのチップのほとんどはスモール アウトライン J リード(SOJ) ピン構成を使用していますが、かなりのメーカーがシン スモール アウトライン パッケージ(TSOP) 構成も使用しています。これらの新しいピン タイプと元の DIP 構成の主な違いは、SOJ および TSOP チップが PCB に表面実装されていることです。言い換えれば、ピンは穴やソケットに挿入されるのではなく、基板の表面に直接はんだ付けされます。

メモリ チップは通常、モジュールと呼ばれるカードの一部としてのみ入手できます。メモリを購入するとき、多くのモジュールでは個々のメモリ チップが表示されます。

次のセクションでは、他の一般的なタイプの RAM について説明します。

RAMの種類

一般的な RAM のタイプをいくつか次に示します。

メモリモジュール

デスクトップ コンピューターの RAM に使用されるボードとコネクタの種類は、ここ数年で進化しました。最初のタイプは独自仕様であり、さまざまなコンピュータ メーカーが自社の特定のシステムでのみ動作するメモリ ボードを開発したことを意味します。

次に登場したSIMM は、シングル インライン メモリ モジュールの略です。このメモリ ボードは 30 ピン コネクタを使用し、サイズは約 3.5 x 0.75 インチ (約 9 x 2 cm) でした。ほとんどのコンピュータでは、同じ容量と速度の SIMM をペアで取り付ける必要がありました。これは、バスの幅が 1 枚の SIMM よりも広いためです。

たとえば、2 つの 8 メガバイト (MB) SIMM をインストールすると、合計 16 メガバイトの RAM が得られます。各 SIMM は一度に 8 ビットのデータを送信できますが、システム バスは一度に 16 ビットを処理できます。その後の SIMM ボードは、4.25 x 1 インチ (約 11 x 2.5 cm) と若干大きくなり、帯域幅を増やすために 72 ピン コネクタを使用し、最大 256 MB の RAM を搭載できました。 SIMM は 1980 年代初頭から 2000 年代初頭まで使用されました。

プロセッサの速度と帯域幅機能が向上するにつれて、業界はデュアル インライン メモリ モジュール(DIMM) の新しい標準を採用しました。 DIMM にはさまざまな容量があり、ペアではなく単独で取り付けることができます。

一部のブランドのラップトップ コンピューターは、スモール アウトライン デュアル インライン メモリ モジュール(SODIMM) 構成に基づいた RAM を使用しています。 SODIMM カードは約 2 x 1 インチ (5 x 2.5 cm) と小さく、144 または 200 個のピンがあります。容量の範囲はモジュールごとに 2 ～ 32GB です。一部のサブノートブック コンピューターでは、MicroDIMM として知られるさらに小さな DIMM が使用されています。業界は、 と の方がコンパクトであるため、より薄くて軽いラップトップの低電力 DDR4 モジュールに移行しています。残念ながら、それらは所定の位置にはんだ付けする必要があるため、平均的なユーザーは元の RAM を交換できません。

現在入手可能なメモリのほとんどは信頼性が高くなります。ほとんどのシステムでは、起動時にメモリ コントローラーがエラーをチェックするだけで、それに依存します。エラーチェックが組み込まれたメモリチップは通常、パリティとして知られる方法を使用してエラーをチェックします。パリティ チップには、データの 8 ビットごとに追加ビットがあります。パリティの仕組みは簡単です。まず偶数パリティについて見てみましょう。

バイト内の 8 ビットがデータを受信すると、チップは 1 の合計数を加算します。 1 の合計数が奇数の場合、パリティ ビットは 1 に設定されます。合計が偶数の場合、パリティ ビットは 0 に設定されます。データがビットから読み戻されると、合計が再度合計されて比較されます。パリティビットに。合計が奇数でパリティ ビットが 1 の場合、データは有効であるとみなされ、CPU に送信されます。しかし、合計が奇数でパリティ ビットが 0 の場合、チップは 8 ビットのどこかにエラーがあることを認識し、データをダンプします。奇数パリティも同様に機能しますが、バイト内の 1 の合計数が偶数の場合、パリティ ビットは 1 に設定されます。

パリティの問題は、エラーは検出されるものの、修正することができないことです。データのバイトがそのパリティ ビットと一致しない場合、データは破棄され、システムは再試行します。重要な位置にあるコンピューターには、より高いレベルのフォールト トレランスが必要です。ハイエンド サーバーには、エラー訂正コード(ECC) として知られる形式のエラー チェックが搭載されていることがよくあります。パリティと同様に、ECC は追加ビットを使用して各バイトのデータを監視します。違いは、ECC がエラー チェックに 1 ビットではなく複数のビットを使用することです (その数はバスの幅によって異なります)。 ECC メモリは特別なアルゴリズムを使用してシングルビット エラーを検出するだけでなく、実際にそれらを修正します。 ECC メモリは、バイト内の複数のビットのデータに障害が発生した場合にもインスタンスを検出します。このような障害は非常にまれであり、ECC を使用しても修正できません。

販売されているコンピュータの大部分は、ノンパリティ メモリ チップを使用しています。これらのチップはいかなる種類の組み込みエラー チェックも提供せず、代わりにエラー検出をメモリ コントローラーに依存します。

どれくらいのRAMが必要ですか?

十分なお金を持っていることは決してないと言われていますが、特にグラフィックスを多用する仕事やゲームを頻繁に行う場合は、RAM についても同じことが当てはまります。 CPU 自体の次に、RAM はコンピューターのパフォーマンスにおいて最も重要な要素です。十分でない場合は、新しい CPU を購入するよりも RAM を追加する方が大きな違いが得られる場合があります。

システムの応答が遅い場合、またはハードドライブに絶えずアクセスする場合は、RAM を追加する必要があります。 Windows 10 を実行している場合、32 ビット バージョンの最小 RAM 要件は 1 GB、64 ビット バージョンの場合は 2 GB です。 Windows 11 にアップグレードする場合は、. MacOS 11 (Big Sur) を搭載した Mac を使用している場合。

Linux は、RAM などのシステム要件が低いシステムでも快適に動作するという評判があります。 Xubuntu は、人気のある低要件の Linux ディストリビューションの 1 つです。 Xubuntu は、他の Linux ディストリビューションとともに軽量の Xfce デスクトップ環境を使用します。もちろん、より高いシステム要件を備えた Linux ディストリビューションもあります。

使用するオペレーティング システムに関係なく、最低要件は、インターネット、ワード プロセッシング、標準的なホーム/オフィス アプリケーション、軽いエンターテイメントへのアクセスなど、通常の使用法で見積もられたものであることに注意してください。コンピューター支援設計 (CAD)、3D モデリング/アニメーション、または大量のデータ処理を行う場合、または本格的なゲーマーの場合は、より多くの RAM が必要になります。コンピュータが何らかのサーバー(Web ページ、データベース、アプリケーション、FTP、またはネットワーク) として機能する場合は、より多くの RAM が必要になる場合もあります。

もう 1 つの質問は、ビデオ カードにどれくらいの VRAM が必要かということです。現在購入できるほとんどすべてのカードには、少なくとも 12 ～ 16 MB の RAM が搭載されています。通常、これは一般的なオフィス環境で動作するには十分です。次のいずれかを実行したい場合は、おそらくハイエンドのグラフィック カードに投資する必要があります。

ビデオ カードを購入するときは、モニターとコンピューターが選択したカードをサポートできる必要があることに注意してください。

RAMのインストール方法

ほとんどの場合、RAM の取り付けは非常にシンプルで簡単な手順です。重要なのはリサーチを行うことです。知っておくべきことは次のとおりです。

RAM は通常、2 ギガバイトの倍数、2、4、8、16、32 の密度で販売されます。つまり、モジュールは同じ標準サイズですが、同じボード上に異なる量のメモリを搭載することができます。たとえば、コンピュータに 8 GB が搭載されており、合計 16 GB の RAM が必要な場合は、8 GB 密度のモジュールを購入することになります。

必要な RAM の量がわかったら、どのフォーム ファクター(カード タイプ) を購入する必要があるかを確認します。これについては、コンピュータに付属のマニュアルを参照するか、製造元に問い合わせてください。オプションはコンピューターの設計によって異なることを認識することが重要です。通常の家庭/オフィス用に販売されているほとんどのコンピューターには DIMM スロットが付いています。ハイエンド システムは RIMM テクノロジに移行しており、最終的には標準のデスクトップ コンピュータにも採用されることになります。 DIMM スロットと RIMM スロットはよく似ているため、コンピュータがどちらのタイプを使用しているかを確認するように十分に注意してください。間違ったタイプのカードをスロットに挿入すると、システムに損傷を与え、カードが破損する可能性があります。

また、必要な RAM の種類を知る必要もあります。一部のコンピューターは、動作するために非常に特殊なタイプの RAM を必要とします。たとえば、お使いのコンピュータは 60ns ～ 70ns パリティ EDO RAM でのみ動作する場合があります。ほとんどのコンピュータにはそれほど制限はありませんが、制限はあります。最適なパフォーマンスを得るには、コンピュータに追加する RAM の速度、パリティ、タイプが既存の RAM と一致している必要があります。

さらに、一部のコンピュータは、オプションまたは要件としてデュアル チャネル RAM 構成をサポートしています。デュアルチャネル RAM モジュールは対応するペアで取り付けられるため、512MB RAM カードが取り付けられている場合は、その隣に別の 512MB カードが取り付けられます。デュアル チャネルがオプションの構成である場合、RAM を対応するペアにインストールすると、特定のアプリケーションのパフォーマンスが向上します。

お使いのコンピュータは、限られた量のメモリしか受け入れられないように構成されています。メモリ スロットの数には限りがあり、マシンによっては、メーカーが 16 GB または 32 GB モジュールを製造していても、使用できるモジュールの密度が 8 GB に制限される場合があります。または、場合によっては、お使いのコンピュータで工場出荷時に取り付けられた RAM をアップグレードできる場合があります。交換可能な RAM が 4 GB 搭載されているマシンが 16 GB に対応している場合は、8 GB モジュールを 2 つ購入し、4 GB モジュールを交換できます。

一部のメーカー (コンピュータとメモリの両方) は、Web サイトでウィザードを提供しており、コンピュータのモデルを入力すると、取り付ける必要があるメモリの種類を見つけることができます。マシンのシステム設定を確認して、搭載されているメモリの量を確認してください。スロットの数と受け入れられるメモリの量がわかったら、購入するメモリの量を決定できます。一部のメーカーではベース メモリを所定の位置にはんだ付けしていますが、それ以外の場合は、より小さい RAM カードを取り外して、より大きい RAM カードと交換できる場合があります。

コンピューターの構成を事前に知っておくと、メモリを購入するときにイライラするのを避けることができます。コンピュータを開いてから、買ったものが使えないことがわかると、非常にイライラすることがあります。

コンピューターを開ける前に、エンドユーザー使用許諾契約をチェックして、その過程で保証が無効にならないことを確認してください。一部のメーカーでは、ケースに封印し、認定技術者に RAM を取り付けるよう顧客に依頼しています。ケースを開ける準備ができたら、コンピューターの電源を切り、プラグを抜きます。静電気を放電するために、静電気防止パッドまたはリスト ストラップを使用して、身体を接地してください。お使いのコンピューターによっては、ケースを開けるのにドライバーまたはナットドライバーが必要な場合があります。一部のデスクトップ システムは、蝶ネジまたは単純なラッチを使用する工具不要のケースで提供されます。ラップトップは多くの場合、より困難です。

メモリモジュールの実際の取り付け。 RAM は、メモリ バンクと呼ばれるマザーボード上の一連のスロットに取り付けられます。メモリモジュールの一方の端には切り込みがあり、間違った方向に挿入することができません。

SIMM および一部の DIMM の場合、モジュールを約 45 度の角度でスロットに置き、マザーボードに対して垂直になるまで前方に押して、両端の小さな金属クリップが所定の位置にカチッと収まるまでモジュールを取り付けます。クリップが正しく引っかからない場合は、切り欠きが右端にあり、カードがしっかりと固定されていることを確認してください。多くの DIMM には金属クリップがありません。それらは摩擦に依存して所定の位置に保持されます。繰り返しますが、モジュールがスロットにしっかりと固定されていることを確認してください。手順についてはマザーボードのマニュアルをお読みください。

モジュールを取り付けたら、ケースを閉じ、コンピューターを再び接続して電源を入れます。コンピュータが POST (「パワーオン セルフ テスト」) を開始すると、メモリが自動的に認識されるはずですが、認識されるまでに時間がかかる場合があります。それだけです！

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