RAMのしくみ

RAMの反対はシリアルアクセスメモリ（SAM）です。 SAMは、データを一連のメモリセルとして格納します。このセルには、順次アクセスすることしかできません（カセットテープのように）。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、データが通常使用される順序で格納されるメモリバッファに対して非常にうまく機能します（良い例は、ビデオカードのテクスチャバッファメモリです）。一方、RAMデータには任意の順序でアクセスできます。

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。最も一般的な形式のコンピュータメモリでは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）、トランジスタ、およびコンデンサがペアになって、1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（ビットについては、ビットとバイトのしく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、電子を蓄えることができる小さなバケツのようなものです。メモリセルに1を格納するために、バケットは電子で満たされます。0を格納するには、0を空にします。コンデンサのバケットの問題は、リークがあることです。数ミリ秒のうちに、バケット全体が空になります。したがって、動的メモリが機能するには、CPUまたはメモリコントローラのいずれかが動作し、放電する前に1を保持しているすべてのコンデンサを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はメモリを読み取り、それをすぐに書き戻します。この更新操作は、1秒間に数千回自動的に実行されます。

ダイナミックRAMメモリセルのコンデンサは、漏出バケットのようなものです。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に放電されます。このリフレッシュ操作は、ダイナミックRAMの名前の由来です。ダイナミックRAMは、常に動的に更新する必要があります。そうしないと、保持している内容を忘れてしまいます。このすべてのリフレッシュの欠点は、時間がかかり、メモリの速度が低下することです。

この記事では、RAMとは何か、購入する必要のある種類、およびRAMのインストール方法についてすべて学習します。ダイナミックRAMとメモリセルの詳細については、次のページを参照してください。

コンテンツ

1. メモリーセルとDRAM
2. スタティックRAM
3. RAMの種類
4. メモリモジュール
5. どのくらいのRAMが必要ですか？
6. RAMのインストール方法

メモリは、2次元グリッドに配置されたビットで構成されています。

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、特定の列にデータを書き込むために行が課金されます。

メモリーセルは、列（ビットライン）と行（ワードライン）の配列でシリコンウェーハ上にエッチングされます。ビットラインとワードラインの交点は、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機能します。書き込み時、行の行にはコンデンサがとるべき状態が含まれています。読み取るとき、センスアンプはコンデンサの電荷レベルを決定します。 50％を超える場合は、1として読み取られます。それ以外の場合は、0として読み取られます。カウンターは、どの行がどの順序でアクセスされたかに基づいて、更新シーケンスを追跡します。これらすべてを実行するのに必要な時間は非常に短いため、ナノ秒（10億分の1秒）で表されます。メモリチップで70ns手段の評価は、それが完全に読み出され、各セルを再充電するために70ナノ秒を要します。

メモリーセルだけでは、メモリーセルに情報を出し入れする方法がなければ意味がありません。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は、まったく異なるテクノロジーを使用しています。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、ブール論理のしくみを参照してください）。メモリセルのフリップフロップは、いくつかの配線とともに4つまたは6つのトランジスタを必要としますが、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、パーツが多いため、静的メモリセルは動的メモリセルよりもチップ上ではるかに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、スタティックRAMのコストが大幅に高くなります。

スタティックRAMは高速で高価であり、ダイナミックRAMは安価で低速です。したがって、スタティックRAMはCPUの速度に敏感なキャッシュを作成するために使用され、ダイナミック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、コンピューターが通常数メガバイト以下のRAMで動作する場合は正常に機能しましたが、メモリの必要性が高まるにつれて、マザーボード上のスペースを必要とするチップの数が増加しました。

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、マザーボード上の特別なコネクタ（メモリバンク）に接続できる別のプリント回路基板（PCB）に配置することでした。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、かなりの数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チップとTSOPチップがPCBに表面実装されていることです。言い換えると、ピンはボードの表面に直接はんだ付けされており、穴やソケットには挿入されていません。

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利用できます。おそらく、メモリが8x32または4x16としてリストされているのを見たことがあるでしょう。これらの数値は、チップの数に個々のチップの容量を掛けたものを表し、メガビット（Mb）または100万ビットで測定されます。結果を取得し、それを8で割って、そのモジュールのメガバイト数を取得します。たとえば、4x32は、モジュールに4つの32メガビットチップがあることを意味します。4に32を掛けると、128メガビットになります。1バイトには8ビットがあることがわかっているので、128の結果を8で割る必要があります。結果は16メガバイトです。

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。

以下は、RAMのいくつかの一般的なタイプです。

RAMタイプの包括的な調査については、Kingston Technology Ultimate MemoryGuideをご覧ください。

デスクトップコンピュータのRAMに使用されるボードとコネクタの種類は、過去数年で進化してきました。最初のタイプは独自仕様でした。つまり、さまざまなコンピュータメーカーが、特定のシステムでのみ動作するメモリボードを開発しました。次に、SIMMが登場しました。これは、単一の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 .75インチ（約9 x 2 cm）でした。ほとんどのコンピューターでは、SIMMを同じ容量と速度のペアでインストールする必要がありました。これは、バスの幅が複数のSIMMであるためです。たとえば、2つの8メガバイト（MB）SIMMをインストールして、合計16メガバイトのRAMを取得します。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、4.25 x 1インチ（約11 x 2.5 cm）でわずかに大きいSIMMボードは、帯域幅を増やすために72ピンコネクタを使用し、最大256MBのRAMを使用できました。

以下のようプロセッサは、速度と帯域幅の能力で育った、業界はの新しい標準採用したデュアル・インライン・メモリー・モジュール（DIMM）を。なんと168ピンまたは184ピンのコネクタと5.4x 1インチ（約14 x 2.5 cm）のサイズで、DIMMの容量はモジュールあたり8MBから1GBの範囲であり、ペアではなく単独で取り付けることができます。ほとんどのPCメモリモジュールとMacG5システムのモジュールは2.5ボルトで動作しますが、古いMacG4システムは通常3.3ボルトを使用します。もう1つの標準であるRambusインラインメモリモジュール（RIMM）は、サイズとピン構成がDIMMに匹敵しますが、特別なメモリバスを使用して速度を大幅に向上させます。

多くのブランドのノートブックコンピュータは独自のメモリモジュールを使用していますが、いくつかのメーカーは、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）構成に基づいてRAMを使用しています。 SODIMMカードは小さく、約2 x 1インチ（5 x 2.5 cm）で、144ピンまたは200ピンがあります。容量の範囲は、モジュールあたり16MBから1GBです。スペースを節約するために、AppleiMacデスクトップコンピュータは従来のDIMMの代わりにSODIMMを使用します。サブノートブックコンピュータは、144ピンまたは172ピンのいずれかを備えたMicroDIMMと呼ばれるさらに小さなDIMMを使用します。

現在利用可能なほとんどのメモリは信頼性が高いです。ほとんどのシステムは、起動時にメモリコントローラにエラーをチェックさせ、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、パリティと呼ば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、8ビットのデータごとに追加のビットがあります。パリティの仕組みは簡単です。最初に偶数パリティを見てみましょう。

1バイトの8ビットがデータを受信すると、チップは1の総数を合計します。 1の総数が奇数の場合、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、合計が再度加算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見なされ、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。奇数パリティは同じように機能しますが、バイト内の1の総数が偶数の場合、パリティビットは1に設定されます。

パリティの問題は、エラーを検出しますが、エラーを修正するために何もしないことです。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、多くの場合、エラー訂正コード（ECC）と呼ばれるエラーチェックの形式があります。パリティと同様に、ECCは追加の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ビットではなく数ビット（バスの幅に応じていくつ）を使用することです。 ECCメモリは特別なアルゴリズムを使用します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することもできます。ECCメモリは、1バイトのデータの複数のビット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。

今日販売されているコンピュータの大部分は、非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、いかなるタイプの組み込みエラーチェックも提供しませんが、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。

十分なお金を稼ぐことはできないと言われていますが、RAMについても同じことが言えます。特に、グラフィックを多用する作業やゲームをたくさん行う場合はそうです。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。十分な数がない場合は、RAMを追加すると、新しいCPUを入手するよりも大きな違いが生じる可能性があります。

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 XPを実行している場合、Microsoftは最小RAM要件として128MBを推奨しています。 64MBでは、アプリケーションの問題が頻繁に発生する可能性があります。標準のデスクトップアプリケーションで最適なパフォーマンスを得るには、256MBをお勧めします。 Windows 95/98を実行している場合は、最低でも32 MBが必要であり、コンピューターは64MBではるかにうまく機能します。 Windows NT / 2000には少なくとも64MBが必要であり、スローできるすべてのものが必要になるため、おそらく128MB以上が必要になります。

Linuxは、RAMが4MBしかないシステムで問題なく動作します。ただし、X-Windowsを追加する予定がある場合、または多くの深刻な作業を行う場合は、おそらく64MBが必要になります。Mac OSXシステムには最低128MB、または最適なパフォーマンスを得るには512MBが必要です。

上記の各システムにリストされているRAMの量は、インターネットへのアクセス、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、ライトエンターテインメントなどの通常の使用状況で推定されています。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、または真面目なゲーマーである場合は、より多くのRAMが必要になる可能性があります。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が必要になることもあります。

もう1つの質問は、ビデオカードに必要なVRAMの量です。今日購入できるほとんどすべてのカードには、少なくとも16MBのRAMが搭載されています。これは通常、一般的なオフィス環境で動作するのに十分です。次のいずれかを実行する場合は、おそらく32MB以上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。

ほとんどの場合、RAMのインストールは非常に単純で簡単な手順です。重要なのはあなたの研究をすることです。知っておくべきことは次のとおりです。

RAMは通常、16メガバイトの倍数で販売されています：16、32、64、128、256、512、1024（1GBと同じ）。つまり、現在64 MBのRAMを搭載したシステムがあり、合計で少なくとも100 MBのRAMが必要な場合は、おそらく別の64MBモジュールを追加する必要があります。

必要なRAMの量がわかったら、購入する必要のあるフォームファクタ（カードタイプ）を確認します。これは、コンピュータに付属のマニュアルに記載されているか、製造元に問い合わせることができます。理解しておくべき重要なことは、オプションはコンピューターの設計に依存するということです。現在、通常の家庭/オフィスで使用するために販売されているほとんどのコンピューターには、DIMMスロットがあります。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引き継がれます。 DIMMスロットとRIMMスロットはよく似ているため、コンピューターが使用しているタイプ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入れると、システムが損傷し、カードが破損する可能性があります。

また、必要なRAMの種類を知る必要があります。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、コンピュータは60ns〜70nsのパリティEDORAM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ーはそれほど制限的ではありませんが、制限があります。最適なパフォーマンスを得るには、コンピューターに追加するRAMの速度、パリティ、およびタイプも既存のRAMと一致している必要があります。現在利用可能な最も一般的なタイプはSDRAMです。

さらに、一部のコンピューターは、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。デュアルチャネルとは、RAMモジュールが一致するペアでインストールされることを意味します。したがって、512MBのRAMカードがインストールされている場合、その隣に別の512MBのカードがインストールされます。デュアルチャネルがオプション構成の場合、RAMを一致するペアで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。Mac G5チップを搭載したコンピューターのように、それが必要な場合、RAMチップのペアが一致しないとコンピューターは正しく機能しません。

Intel Pentium 4ベースのシステムでデュアルチャネル構成をセットアップするための完全なガイドラインについては、このガイドを確認してください。

コンピュータを開く前に、保証が無効にならないことを確認してください。一部のメーカーは、ケースを封印し、認定された技術者にRAMをインストールしてもらうように顧客に要求しています。ケースを開くように設定されている場合は、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、帯電防止パッドまたはリストストラップを使用して接地してください。コンピュータによっては、ケースを開くためにドライバーまたはナットドライバーが必要になる場合があります。現在販売されている多くのシステムは、つまみネジまたは単純なラッチを使用する工具不要のケースに入っています。

メモリモジュールの実際のインストールには、通常、ツールは必要ありません。 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ています。メモリモジュールの一端には切り欠きがあるため、間違った方向に挿入することはできません。 SIMMおよび一部のDIMMの場合、モジュールをスロットに約45度の角度で配置して取り付けます。次に、マザーボードに垂直になり、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、前方に押します。クリップが正しく引っ掛からない場合は、ノッチが右端にあり、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には金属製のクリップがありません。それらはそれらを所定の位置に保持するために摩擦に依存しています。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。

モジュールを取り付けたら、ケースを閉じ、コンピューターを接続し直して電源を入れます。コンピュータがPOSTを開始すると、メモリが自動的に認識されます。これですべてです。

RAM、その他の種類のコンピュータメモリ、および関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

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