記憶階層, 高速なものほど高価 Memory Hierarchy Memory Hierarchy Classification of memory

DRAM

コンデンサに電荷を蓄えてビット情報を記憶 コンデンサは放っておくと電荷が抜けてしまう 定期的にリフレッシュ動作が必要 仕組みが単純なので集積度が高く、価格も安い。 (dynamic) d-ra=M 記憶構造 メモリセル(回路) 1つのコンデンサ(キャパシタ)と1つのトランジスタで情報保持。

コンデンサに蓄えた電荷の有無で1ビットの情報を保持。

電荷は時間が経つと放電してしまうので、リフレッシュ(定期的に情報を読み出し、再度書き込み)が必要。

sramよりアクセスは低速だが、メモリセル構造が単純なので高集積化と低価格での大容量化が可能

SRAM

Flip-flop

非常に高速だが、価格が高い、小容量のキャッシュメモリとして用いらられるメモリ。

記憶内容を保持するのに、リフレッシュ動作は不要。

一旦set側に1が入力されると、Reset側に1が入力されるまで延々と1を出力し続ける。

Explanation of SRAM (Static RAM)

SRAM (Static RAM): SRAM is used as a high-speed but expensive, low-capacity cache memory compared to DRAM. Unlike DRAM, SRAM does not require a refresh operation to retain its data.

Mechanism: SRAM uses a circuit called a “flip-flop circuit” to store bit information.

Table: Summary of SRAM Characteristics

Used CircuitRefresh OperationSpeedIntegration LevelCostMain Usage
Flip-Flop CircuitNot RequiredHighLowHighCache Memory

(static) s-ra=M

フリップフロップ(複数のトランジスタ)で情報保持

the structure is complex

→高集積化しずらい/ビット単価が高い。

でも、dramより高速アクセス可能

高集積化:1つのチップの上に何層ものメモリセルを搭載し、より小さなチップで大容量化すること。

理想を言えば、コンピュータでは不揮発性があった上で、読み書きできてほしい。かつて、不揮発性といえばROMしかない暗黒時代があった…必要な機能=CPUにとって必要な機能

The BIOS (Basic Input/Output System) is firmware stored on a small memory chip on the motherboard of a computer. It is the first software that runs when you start your computer. The BIOS performs the POST (Power-On Self Test) to check the computer’s hardware components and ensure everything is working properly before loading the operating system from the hard drive into the computer’s memory. Key functions of the BIOS include:

It initializes and configures the hardware components like the CPU, RAM, and storage devices.

The BIOS determines which device (e.g., hard drive, USB, CD/DVD) to boot from, loads the bootloader, and starts the operating system.

The BIOS provides a user interface (BIOS setup utility) where you can configure system settings, such as the boot order, system clock, and power management.

It acts as an intermediary between the operating system and the hardware, providing low-level communication for the CPU, hard drives, and peripherals.

Modern systems use UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) as an advanced replacement for BIOS, offering more features, better security, and a graphical user interface.

(read-only Memory), non-volatile(揮発性を持たない、電源を切ってもデータが消えない)

読み出しだけ可能(家電などに使われる)

mask ROM mask-ro=M

マスクROM

↑「用途」に

programmable-ro=M

PROMは最初はデータがない。書き込み機(ライター)が必要。ライターは高くはないし自作もしようと思えばできる。ただ、トラブルを防ぐためにDIPスイッチでROMを再現することができたりする。

電気的にデータを消去して書き換えることができる

ブロック単位でデータを消去して書き換える。

東芝の人が作った。

nand(every_page)

write: fast

read: slow

degree_of_integration: high

SLC(single-level-cell)

MLC(multiple-level-cell)

TLC(triple-level-cell)

nor(every_byte)

write: slow

read: fast

degree_of_integration: low

NAND and NOR Types There are two main types of flash memory: NAND Flash Memory and NOR Flash Memory. The basic characteristics of each are as follows:

NAND Type For details, refer to [NAND Flash Memory]. The unit of random access read/write is 1 block. Reading speed is slower compared to the NOR type. Writing speed is faster compared to the NOR type. More advantageous for high-density integration compared to the NOR type. NOR Type For details, refer to [NOR Flash Memory]. The unit of random access read/write is 1 byte. Reading speed is faster compared to the NAND type. Writing speed is slower compared to the NAND type. Less advantageous for high-density integration compared to the NAND type.

紫外線でデータを消去して書き換えることができる。

ぎりぎり現役。

FeRAM(ferroelectric RAM), votality- 強誘電体材料が持つ分極メカニズムをデータ記憶に用いる。

phase-change memory, non-volatile 結晶状態/非結晶で情報を記憶

Types of ROM and Their Characteristics

TypeCharacteristics
Mask ROMRead-only memory. Data is written at the factory and cannot be rewritten later.
EPROMData is erased by exposure to ultraviolet light and can be rewritten.
EEPROMData can be partially erased and rewritten by applying an electric charge.
Flash MemoryA type of EEPROM where data is rewritten in blocks.

Comparison Between DRAM and SRAM

DRAMSRAM
CircuitCapacitorFlip-Flop Circuit
Refresh OperationRequiredNot Required
Integration LevelHighLow
CostLowHigh
SpeedSlowFast
Main UsageMain Memory DeviceCache Memory