設計に適したメモリチップの種類を選択する方法

デザイナーと開発者が使用する一般的なパラメータは次のとおりです。

• •  ハードウェアインターフェース メモリ チップの多数のインターフェイスを指し、メモリ容量を犠牲にすることなく高速なデータ アクセスと取得を可能にするために必要です。メモリ チップは、グラフィックス、ハード ディスク ドライブ、およびユニバーサル シリアル バス (USB) とインターフェイスします。
• •  データレート 命令がプログラム メモリからフェッチされ、CPUの信号に変換され、実行されるまでの速度です。
• •  帯域幅、つまりクロック レートとアクセス時間は、メモリ チップが設定された時間枠内で移動、読み取り、保存、または処理できるデータ量を指します。ビット、バイト、またはヘルツ/秒 (b/s、B/s、またはサイクル/秒) で表すことができます。
• •  メモリサイズ データ保存容量を指します。
• •  メモリ帯域幅 プロセッサが半導体デバイスからデータを読み取ったり、半導体デバイスに保存したりする速度です。
• •  メモリタイミング プロセッサ システムの全体的な動作速度を決定します。
• •  データ保持 チップ内にデータを保持できる時間の長さを示します。
• •  電力効率 チップが継続的に電源から電力を供給される必要がある場合、チップの消費電力は低くなります。
• •  書き込み/書き換えまたは読み取り専用 メモリ チップが頻繁に書き込み/書き換えを行うかどうかを示します。読み取り専用メモリには通常、読み取り専用の実行可能プログラムが格納されます。
• •  温度耐性 メモリ チップが確実に機能できる温度範囲です。温度範囲が広いほど、過酷な環境でもチップが動作する能力が高くなります。

上記のパラメータを使用して、市場で最も一般的な4つのカテゴリのメモリ チップを比較します。 ダイナミックランダムアクセスメモリ (DRAM)、 スタティックRAM (SRAM)、 電気的に消去可能なプログラム可能なROM  (EEPROM)、そして フラッシュ。

ダイナミックRAMとスタティックRAMは主記憶に使用され、 ラムEEPROMとフラッシュは二次記憶装置またはROMに使用されます。一次記憶と二次記憶はどちらも必要ですが、さまざまな点で異なります。伝統的に二次記憶装置とは、 ハードドライブ。メモリ技術の進歩により、現在では多くの二次メモリにソリッドステートメモリが含まれるようになりました。

プライマリメモリ: DRAMとSRAM

プライマリメモリ、つまりRAMメモリは、中央処理装置 (CPU) にリンクされています。その結果、プライマリ メモリによりデータ アクセスが高速化されます。ただし、一次メモリのメモリサイズには制限があり、二次メモリは大量のデータを長期保存するために使用されます。プライマリ メモリは揮発性があり、一時的なため、保存されたメモリを保持するには継続的な電源供給が必要です。システムをシャットダウンすると、メモリの内容は失われます。最後に、プライマリ メモリは複数回書き込みおよび書き換えが可能です。

DRAMとSRAMはどちらも主記憶に使用されます。DRAMはSRAMよりもセル構造がシンプルです。DRAMには1つのメモリ セルが必要ですが、SRAMには複数のセルが必要です。その結果、DRAMははるかに安価でありながら、同じレベルのメモリ密度を提供します。さらに、DRAMは小型フォームファクタ内で高いメモリ密度を実現できるため、パーソナルコンピュータやワークステーションで広く普及しています。

しかし、DRAMには重大な欠点があります。DRAMセル内のデータ保存を担う電荷はゆっくりと漏れ出すため、DRAMセルは定期的にリフレッシュまたは書き換える必要があります。リフレッシュ プロセスは動的であるため、「DRAM」と呼ばれます。リフレッシュと継続的なエネルギー源の要求により、DRAMはエネルギー消費量が多く効率の低い選択肢となります。DRAMのリフレッシュ要件により、動作速度も低下します。

一方、SRAMはリフレッシュする必要がないため、DRAMよりも高速で信頼性の高い読み取りおよび書き込みサイクル時間をサポートできます。さらに、データアクセスの間に一時停止する必要がないため、SRAMサイクル時間が大幅に短くなります。チップあたりのメモリセル数が多いため、SRAMチップはDRAMチップよりも高価で、より多くの電力を必要とします。結果として、 SRAMは通常、キャッシュやビデオメモリに使用されます。 DRAMは主要な半導体メモリ技術として機能します。

SRAMはDRAMよりも動作速度が速いだけでなく、動作効率も優れています。DRAMは非同期で動作し、要求に反応して一度に1つずつ処理します。一方、SRAMはプロセッサのクロックに同期されており、より複雑な方法でより高速に動作できます。

最後に、産業および軍事用途をサポートするために耐久性と温度範囲が強化されたDRAMおよびSRAMチップがあります。

二次メモリ: EEPROMとフラッシュ

プライマリ メモリ、セカンダリ メモリ、またはROMとは異なり、メモリはCPUにリンクされていません。その結果、二次記憶装置のデータアクセス速度が遅くなります。二次メモリは不揮発性かつ永続的であるため、停電時や衝撃や振動によってデータが失われることはありません。さらに、二次記憶装置には大幅に大きなデータ保存容量があり、繰り返し書き込みや書き換えが可能な一次記憶装置とは異なり、二次記憶装置は主に読み取り専用であり、頻繁に変更されることはありません。

EEPROMは ROMの種類 特定の電圧の電気パルスによって繰り返し消去および再プログラムすることができます。EEPROMチップはバイト単位で消去され、再プログラムされます。その結果、EEPROMの再プログラミングが遅くなる可能性があります。さらに、EEPROMはプログラム可能性が制限されているため、寿命が短くなります。

EEPROMは、データ保持とデータ耐久性の信頼性が欠けているため、広く使用されていません。EEPROMでは、フローティング ゲートに注入された電子が流出してデータが失われる可能性があるため、データ保持期間が限られています。EEPROMは、一定の回数を超えると書き換えが不可能になり、データの耐久性が制限されます。

その結果、EEPROMは主に、容易な再プログラミングと揮発性の欠如が求められるラピッド デバイス プロトタイピングで使用されます。パーソナルコンピュータの製造元は通常、EEPROMを使用して読み取り専用メモリを再プログラムします。また、EEPROMチップはデータを保持するために電力を必要としないため、モデム、ビデオ カード、その他の周辺機器のBIOS情報や基本ソフトウェアを保存するためによく使用されます。

長年にわたり、EEPROMのより効率的なバージョンである フラッシュ メモリが、多くの分野でEEPROMに取って代わってきました。バイト単位で読み取りと書き込みを行うEEPROMとは異なり、フラッシュ メモリは固定サイズのブロック単位でデータを消去および書き込みますが、フラッシュ メモリのこの機能により、EEPROMよりもフラッシュ パフォーマンスが向上します。一部のフラッシュ チップは消去されるまで書き込みができないため速度が遅くなりますが、一部の新しいフラッシュ チップには、読み取りと書き込みを同時に実行できる書き込み中読み取り (RWW) 機能が搭載されています。

NOT AND (NAND) とNOT OR (NOR) は、フラッシュ メモリの2つの基本的なタイプです。NANDフラッシュ メモリは、ハード ディスクなどのブロック デバイスとほぼ同じようにアクセスされます。NANDはファイルシステムでパーティション分割され、ランダムアクセスのストレージ領域として使用されるため、メモリ管理ユニットが必要です。一方、NORフラッシュ メモリは、従来のROMと同様に、個々のメモリ セルごとに読み取ることができます。また、フラッシュ ドライブの限られた書き込みサイクル数 (寿命) を延長するために、頻繁に使用されるセルまたは領域への影響を軽減するウェア レベリングが開発されました。

全体的に、フラッシュ チップはEEPROMチップよりも移植性に優れています。しかし、フラッシュ チップはバイト単位で見ると高価すぎるため、大容量ストレージ デバイスとして使用することはできません。現在、フラッシュ メモリは、デジタル カメラのセキュア データ カード、USBフラッシュ メモリ スティック、携帯電話、ポケベル、スキャナーなどのデバイスでデジタル写真をポータブルに保存するために使用されています。フラッシュメモリチップは、ノートパソコンのソリッドステートディスクやビデオゲームコンソールのメモリカードとしても使用されます。

ニーズに合ったメモリチップを見つける

コンピュータには主記憶と二次記憶の両方が必要です。2つのメモリ タイプには、さまざまなハードウェア インターフェイス、データ レート、メモリ サイズ、データ保持、電力効率、書き込み/読み取り特性があります。メモリ チップを選択するときは、設計に適したパラメータを探します。ほとんどのディストリビューターは、開発者の利便性のために メモリ検索基準 を提供しています。

プライマリメモリでは、DRAMチップとSRAMチップの両方が使用されます。両者の最も大きな違いは、DRAMは定期的なリフレッシュが必要でコストが低いこと、SRAMは速度が速いことです。二次記憶装置として使用されるEEPROMとフラッシュ チップは、消去および書き込みの方法、およびフラッシュ チップのコストが高いという点で大きく異なります。

他にも特製メモリ多数ございます。しかし、設計において選択されるメモリ チップとしては、DRAM、SRAM、フラッシュ、EEPROMが圧倒的に人気があります。さまざまなタイプのコンピューター メモリについて詳しく学びます。