RAMとは?|ランダムアクセスメモリの定義と仕組みを徹底解説

RAMは「Random Access Memory(ランダムアクセスメモリ)」の略称で、パソコンが動作するうえで不可欠な重要な電子部品です。CPUが作業中のデータを一時的に保管するための記憶領域であり、スマートフォン、PC、タブレット、サーバーなど、あらゆるコンピューティングデバイスに搭載されています。

ランダムアクセスだから読み書きが高速

RAMではデータにランダム(任意の場所へ直接)アクセスできるため、CD-ROMやハードディスクドライブ(HDD)といったシーケンシャル(順次)アクセス方式のストレージと比べて、読み書き速度が格段に速くなります。順次アクセス方式の場合、データ列の中間にある少量の情報を取り出すだけでも、先頭から順番にたどる必要があり、非常に時間がかかるのです。

揮発性メモリとしてのRAM

RAMは動作に電力を必要とするため、コンピュータの電源を切ると、保存されていた情報は消えてしまいます。そのため「揮発性メモリ(Volatile Memory)」や「一時記憶装置」とも呼ばれています。

マザーボードには複数のメモリスロットが用意されており、一般的なコンシューマー向けマザーボードには2〜4個程度のスロットが搭載されています。

プログラム実行の流れ

コンピュータ上でデータやプログラムを実行するには、まずRAMにロードされる必要があります。具体的には次のような流れです。

1. データやプログラムはまずハードディスク(HDD/SSD)に保存される。
2. 実行時にハードディスクから読み出され、RAMへロードされる。
3. ロードが完了すると、CPUがそのデータへアクセスしたり、プログラムを実行できるようになる。

メモリ不足が起きるとどうなる?

頻繁にアクセスされる情報やデータは数多くありますが、メモリ容量が少なすぎると、CPUが必要とするすべてのデータを保持しきれなくなります。この場合、超過分のデータはハードディスク側へ退避され、メモリ不足を補うことになります。

こうなると、データはRAMから直接CPUへ渡るのではなく、アクセス速度が非常に遅いハードディスクから読み出す必要が生じます。この処理によって、コンピュータ全体の動作が大幅に遅くなってしまいます。この問題は、搭載するRAMの容量を増やすことで簡単に解消できます。

RAMには主に2種類ある

① DRAM(ダイナミックRAM)

DRAMはキャパシタ(コンデンサ)を含むメモリです。キャパシタは小さなバケツのように電気を蓄える部品で、ここに情報が保持されます。ただし、DRAMのキャパシタは長時間電荷を保持できないため、絶えず電力でリフレッシュし続ける必要があります。キャパシタを「動的(dynamically)」にリフレッシュすることから、この名前が付けられました。この方式は、より効率的で高速なRAM技術の登場により、現在では主流ではなくなっています。

② SDRAM(同期式DRAM)

こちらは現在の電子機器で広く採用されているRAM技術です。SDRAMもDRAMと同様にキャパシタを持っていますが、両者の違いは速度にあります。従来のDRAMはCPUと非同期で動作するため低速で、信号のタイミングが一致せず転送速度に遅延が発生していました。

一方、SDRAMはシステムクロックと同期して動作するため、DRAMより高速です。すべての信号がシステムクロックに連動していることで、タイミング制御がより正確に行われます。

SIMMとDIMMという接続モジュール

RAMは、ユーザーが着脱可能なモジュールの形でマザーボードに装着されます。これらはSIMM(Single In-line Memory Module)やDIMM(Dual In-line Memory Module)と呼ばれます。DIMMはピンが左右両面に独立した2列で配置されているためこう呼ばれ、SIMMは片面のみに1列のピンを持っています。モジュールの各面には、168・184・240・288本のいずれかのピンがあります。

DIMMの登場によりRAMの記憶容量が倍増したため、現在SIMMの利用は廃れています。

これらのDIMMにはさまざまな容量の製品があり、128MBから最大2TBまで幅広くラインナップされています。また、DIMMは1回あたり64ビットのデータを転送できるのに対し、SIMMは32ビットずつの転送にとどまります。

SDRAMのクロック速度とデータパス

SDRAMにも複数の速度定格が存在しますが、その前に「データパス」について理解しておきましょう。

CPUの速度はクロックサイクルで測定されます。1クロックサイクルごとに、32ビットまたは64ビットのデータがCPUとRAMの間で転送されます。この転送経路のことを「データパス」と呼びます。

つまり、CPUのクロック速度が高いほど、コンピュータは高速に動作します。

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同様に、SDRAMにも読み書きを行う際のクロック速度があります。RAMのクロック速度が速いほど操作が素早く完了し、プロセッサのパフォーマンス向上につながります。これはメガヘルツ(MHz)単位で表されるサイクル数で測定されます。たとえば、RAMが1600MHz定格の場合、毎秒16億回のサイクルを実行します。

以上、RAMおよび各種RAM技術がどのように機能するのかを理解する助けとなれば幸いです。