【基本情報技術者】ハードウェアについて

原因不明のやる気の無さにやられています。

無理はしてはいけませんが、多少はね、進めておきたいなと思いまして、本日もやっていきたいと思います。

それでは、いってみよー！

基本情報技術者～ハードウェア～

半導体メモリ

主記憶装置の部品には、ケイ素（シリコン）と呼ばれる物質が使われます。このシリコンは別名半導体と呼ばれています。ケイ素は、地球上で酸素の次に多い、ありふれた元素です。

半導体と半導体メモリ

半導体とは、電気を通す「導体」と、電気を通さない「絶縁体」の中間の性質を持つ物質です。半導体メモリとは、その性質を利用してデータを保存する装置です。

記憶装置にデータを保存させる方法には、磁気、光、電気といったものがありますが、このうち、半導体は電気を使ってデータを保存するものになります。

• 半導体メモリの種類
  半導体メモリの種類として、特に基本情報技術者試験で扱うのは、「RAM」「ROM」「DRAM」「SRAM」「SDRAM」「フラッシュメモリ」の6種類です。

RAMとROMの違い

半導体メモリは「RAM（揮発性）」「ROM（不揮発性）」の2種類に大別できます。

• RAMとは
  RAM（Random Access Memory）とは、揮発性メモリのことを指します。揮発性メモリとは、通電されなくなるとデータが消滅してしまう半導体メモリのことです。
  主記憶装置やキャッシュメモリは、DRAMやSRAMを用いた記憶装置です。

• ROMとは
  ROM（Read Only Memory）とは、不揮発性メモリのことを指します。不揮発性メモリは、通電されていなくてもデータを保持する性質のある半導体メモリのことです。
  SSDやUSBメモリは、ROMに分類されるフラッシュメモリを用いた記憶装置です。

DRAMとSRAMの違い

RAMには「DRAM」と「SRAM」の2種類があります。

• DRAMとは
  DRAMは（Dynamic RAM）は、絶えずリフレッシュを繰り返し続けているRAMのことです。リフレッシュとは、データが消えないように1秒間に何度も繰り返し電荷を加えることを指します。
  DRAMは、主に主記憶装置（メインメモリ）で使われます。なんどもリフレッシュを行わないとデータを維持することができませんが、一方、単純な作りで小さいので、データ容量の大きいDRAMを安く作ることができます。
  DRAMには、コンデンサが使用されています。
  • SDRAMとは
    DRAMの種類でSDRAM（Synchronous DRAM）というものがあります。「Synchronous」とは「同期」という意味をもちます。SDRAMは、クロックと同期して動作する半導体メモリです。

• SRAMとは
  SRAM（Static RAM）とは、リフレッシュをする必要がないRAMのことです。リフレッシュが不要なので、非常に高速に動作します。用途としては、キャッシュメモリに使われます。デメリットとして値段が高く、小規模な用途でしか使えないということです。
  SRAMには、フリップフロップ回路が使われています。

フラッシュメモリ

ROMにはいくつか種類がありますが、基本情報技術者試験の中では「フラッシュメモリ」のワードが頻出しています。

フラッシュメモリとは、電気的にデータの書き換えができるROM（不揮発性メモリ）です。「SSD」や「USBメモリ」の中身はすべてフラッシュメモリでできています。

フラッシュメモリには、「ページ」と呼ばれた、ビットをひとまとめにした単位があり、「ページ」単位でデータの読み書きを行います。また、データの消去は「ブロック」と呼ばれる、ページをひとまとめにした単位で行われます。

電子回路

基本情報技術者試験では、「DRAM」「SRAM」を構成している電子部品に関する知識も出題されます。具体的には、DRAMには「コンデンサ」と呼ばれる部品が使われており、SRAMには「フリップフロップ回路」と呼ばれる部品が使われています。

メモリセル

「コンデンサ」「フリップフロップ回路」について理解するために、「メモリセル」を学ぶ必要があります。

メモリセルとは、半導体メモリの中で「0」または「1」を保存する入れ物のことです。これは、半導体メモリの構造における最小単位で、言い換えるならば、「半導体メモリは無数のメモリセルによって構成されている」となります。

• コンデンサ
  主記憶装置に使われることが多いDRAMは、メモリセルがコンデンサで作られています。コンデンサとは、電気を蓄ええることができる電子部品のことです。

• フリップフロップ回路
  キャッシュメモリに使われることが多いSRAMは、メモリセルがフリップフロップ回路で作られています。フリップフロップ回路とは、1ビットの情報（0または1）を保存できる順序回路のことです。順序回路とは、現在の入力に加え、過去の入力によって出力が決まる論理回路です。
  フリップフロップ回路の特徴として、電圧を保持し続けられる点があります。このことにより、コンデンサのようにリフレッシュを行なう必要がないため、高速で動作させることができます。

• コンデンサとフリップフロップ回路の違い

回路	半導体メモリ	用途	価格	リフレッシュ
コンデンサ	DRAM	主記憶装置	安い	必要
フリップフロップ回路	SRAM	キャッシュメモリ	高い	不要

その他のハードウェア関連の用語

• チャタリング
  チャタリングとは、機械式スイッチのオン／オフが切り替わる短い間に、意図しないオン／オフが繰り返し行われてしまう現象のことです。マウスをワンクリックしかしていないのに、ダブルクリックと認識されるような現象をチャタリングといいます。

• 7セグメントLED
  7セグメントLEDとは、8個のLEDを組み合わせて数字を表現するディスプレイです。
  7つのLEDとドットのLEDで合計8つのLEDが必要となります。7セグメントLEDは更に2つに分類できます。
  • アノードコモン型：ポート（接続口）から出力される電圧が低いときに光る
  • カソードコモン型：ポート（接続口）から出力される電圧が高いときに光る

小休止！お試しトライ！過去問①

問1 メモリセル

問題
コンデンサに蓄えた電荷の有無で情報を記憶するメモリはどれか。

平成29年度

ア．EEPROM　　イ．SDRAM　　ウ．SRAM　　エ．フラッシュメモリ

解答
コンデンサということで、揮発性でリフレッシュが必要な半導体メモリはどれかということを当てる問題です。

ア．EEPROMは、不揮発性ということで「✕」。
イ．SDRAMは、揮発性であり、DRAMなのでリフレッシュが必要ということで「○」。
ウ．SRAMは、揮発性であり、フリップフロップ回路でリフレッシュが必要ないため「✕」。
エ．フラッシュメモリは、EEPROM同様、不揮発性ということで「✕」。

従って、正解はイ．となります。

最後に

今日は項目が少なかったですね。こういう少ないときでも、しっかり漏らさず覚えましょう。
ちなみに、テキストを読まないと完全な学習は行えませんので、ぜひ下で紹介している本をご購入いただけたらと思います。

こちらが参考にさせていただいているテキストです。