【Day3】メモリの階層構造を理解する – ITスキルやスマホスキル向上のために—ここなら.com

こんにちは！今回は「メモリの階層構造」について学んだことをまとめてみたいと思います。基本情報技術者試験の勉強を進めていると、CPUやストレージだけでなく、「メモリ」についてもしっかり理解する必要が出てきます。

この記事で分かること（目次）

現代のコンピュータは、アクセス速度と容量、コストのバランスをとるために、複数の種類のメモリを階層的に構成しています。これを「メモリの階層構造（Memory Hierarchy）」と呼びます。

メモリは大きく以下のような階層に分かれます：

このように、上に行くほど高速で小容量・高コスト、下に行くほど低速で大容量・低コストになります。

CPU内部にある超高速メモリです。演算結果の一時保存や、アドレス保持などに使われ、CPUが直接操作できる唯一の記憶領域です。

CPUと主記憶の間にあるメモリで、最近使われたデータや、よく使われる命令を一時的に保存しておきます。主記憶へのアクセスは比較的遅いため、キャッシュがあることで処理速度が大幅に向上します。

キャッシュにも階層があり、一般的にはL1（最速・最小）→L2→L3（遅い・大きい）という順に構成されます。

いわゆる「メモリ」といった場合、多くはこの主記憶を指します。CPUが処理中のプログラムやデータを格納しておき、必要に応じて読み書きします。電源を切るとデータが消える揮発性メモリです。

データを永続的に保存するための記憶装置です。容量が大きく、OSやアプリケーション、ユーザーデータなどがここに保存されます。速度は主記憶よりも遅いですが、電源を切ってもデータが保持される不揮発性メモリです。

USBメモリやDVD、外付けHDDなどがこれに該当します。補助記憶装置と似ていますが、持ち運びや交換が可能なものとして区別されます。

もしすべてのデータを高速なレジスタやキャッシュだけで管理できれば、それが理想です。しかし、これらは高価で容量も限られているため、実際には不可能です。

そのため、頻繁に使うデータは高速な上位メモリに、あまり使わないデータは下位の大容量メモリに置くという効率的な仕組みを採用しています。

この考え方の基本にあるのが「局所性の原理」です。

この性質を活用して、キャッシュや仮想記憶といった仕組みが設計されているわけですね。

基本情報技術者試験では、以下のような観点で出題されることが多いです：

メモリの階層構造は、コンピュータの性能に大きく関わる重要な概念です。単に「速い or 遅い」だけでなく、それぞれの役割や使い分けを理解することが、試験対策にも実務にもつながります。

今回学んだことをベースに、次は「補助記憶装置」について勉強していきます！