メモリ（主記憶装置と補助記憶装置）

背景・歴史

コンピュータが計算を行うには、処理するデータやプログラムをどこかに記憶しておく必要があります。初期のコンピュータでは、記憶装置の容量が非常に限られており、高価で扱いにくいものでした。半導体技術の発展により、高速だが電源を切ると内容が消えてしまう「主記憶装置（メモリ）」と、比較的低速だが電源を切っても内容が保持される「補助記憶装置」という、性質の異なる2種類の記憶装置を組み合わせて使う構成が確立されました。この「速いが揮発性の記憶」と「遅いが不揮発性の記憶」を役割分担させる考え方は、現在のコンピュータでも基本的な設計として受け継がれています。

なぜこの考え方が使われるようになったのか

高速に読み書きできる記憶装置は、一般的に容量あたりの価格が高く、また電源を切ると内容が失われる性質を持つことが多いです。逆に、大容量で安価な記憶装置は、読み書きの速度が比較的遅くなる傾向があります。CPUが今まさに処理しているデータは高速な主記憶装置に置き、長期的に保存しておきたいデータは低速でも大容量な補助記憶装置に置く、という役割分担をすることで、コストと性能のバランスを取っています。

もう少し詳しく見てみる

• 主記憶装置（メモリ、RAM）：CPUが直接読み書きする記憶装置。動作が高速な半面、電源を切ると内容が失われる「揮発性」という性質を持つ。プログラムを実行している間、その命令やデータを一時的に置いておく場所として使われる。
• 補助記憶装置：ハードディスクやSSD、USBメモリなどが該当する。主記憶装置に比べて読み書きは低速だが、電源を切っても内容が保持される「不揮発性」の性質を持ち、大容量のデータを長期的に保存するために使われる。

コンピュータの電源を入れると、補助記憶装置に保存されているオペレーティングシステムやアプリケーションのデータが、必要な分だけ主記憶装置に読み込まれ、そこで初めてCPUが処理できるようになります。主記憶装置の容量が不足すると、コンピュータの動作が遅くなったり、多くのアプリケーションを同時に開けなくなったりします。

関連して知っておきたいこと

主記憶装置と補助記憶装置の間でどのデータをやり取りするかは、オペレーティングシステムが管理しています。また、CPUが計算を行う際には、常に主記憶装置との間でデータのやり取りが発生しており、両者の速度差が、コンピュータ全体の処理速度に大きく影響します。