ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（DRAM）は、情報を一時的に格納して中央処理ユニット（CPU）に送信し、アプリケーションに戻り、ユーザーに出力を提供するために使用されるプライマリ・メモリの一種です。コンピュータ・メモリはデスクトップやモバイル・デバイスの重要なコンポーネントですが、DRAM の種類と速度によってコンピュータの性能が決まります。
DRAM は、コンピュータの電源が入っている間、情報を保持する揮発性ストレージの一種です。DRAM は、計算に使用するアプリケーションや CPU のデータを保存する一連の回路です。ドライブと DRAM の違いは、DRAM は停電後も持続しないプライマリ・ストレージであり、ストレージ・ドライブは電源がオフになっても持続するセカンダリ・ストレージです。
DRAM の特徴
揮発性メモリ媒体として、DRAM の定義的特徴には次のようなものがあります。
- 揮発性メモリ：DRAM は、電源がオンの場合にのみデータを保持します。電源が切れると、保存された情報は失われます。
- 更新サイクル：DRAM セルは、時間の経過とともに電荷が漏れる傾向があるため、データの整合性を維持するために定期的に更新する必要があります。
- スピード：DRAM は、HDD や SSD などの不揮発性セカンダリ・ストレージ・メディアよりも高速ですが、RAM の第 2 の主要タイプであるスタティック RAM（SRAM）よりも低速です。
DRAM は、データの完全性を維持するためのリフレッシュ・サイクルの必要性からその名前を得ています。SRAM ほど高速ではありませんが、トレードオフは、低コストと消費電力の削減です。
DRAM の用途
全てのコンピュータには一時ストレージが必要です。DRAM は多くの場合、メーカーにとって主要な選択肢です。サーバー、デスクトップ、モバイル・デバイスのメーカーは、DRAM の一種をデバイスにインストールします。最新のコンピュータには、アプリケーションに必要な揮発性ストレージの構築の一部として DRAM がインストールされている可能性があります。
グラフィックス・カードも DRAM を使用しています。グラフィックス・カードには、画像やビデオのレンダリングや処理を支援するために使用されるグラフィック処理ユニット（GPU）があります。DRAM はグラフィックス・カード・メモリで使用され、CPU を中断することなく計算を行います。GPU は CPU と並行して計算を行うため、グラフィックスやゲームのレンダリングを高速化します。
DRAM の仕組み
DRAMのメモリ・セルは、トランジスタとキャパシタを含み、ビットのデータを保存します。各メモリ・セルは、ビットのデータを保存し、トランジスタは、ビットを保存する必要がある場合にキャパシタを充電する役割を果たします。コンピュータがデータを保存する準備ができたら、トランジスタに電荷を送ります。充電によりビットのストレージが開始され、メモリ・セルは数ミリ秒ごとに再充電され、データが失われないようにします。キャパシタはゆっくりと充電を失うため、外部リフレッシュ回路はデータをキャパシタに書き換えて充電を更新します。DRAM は、格納可能なビット数が限られていますが、回路の数によって DRAM が格納できるビット数が決まります。1 つの DRAM チップには通常、8 GB、16 GB、32 GB、または 64 GB が格納されます。
コンピュータは、バイナリ番号システムと連携して動作します。バイナリ番号システムは、1 と 0 のシリーズです。ただし、メモリの保守やデータの割り当てを行う際には、DRAM アドレスは 16 進数で表されます。DRAM チップには、行と列に配置されたメモリ・バンクのアレイが含まれています。行と列の交差点には、ビットを含むキャパシタがあります。CPU が DRAM からのデータを必要とする場合、制御ユニットはビットを取得し、CPU に送信します。CPU は制御ユニットに出力を送り返し、DRAM に出力を送り、アプリケーション用に格納します。
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DRAM の速度の比較
ストレージという大きな世界の中で、DRAMはどのような位置づけにあるのでしょうか。このセクションでは、一般的な速度の比較について詳しく見ていきます。DRAM が他の種類のストレージ・メディアにどのようにスタックするかについて、一般的な考えを見ていきましょう。
DRAM vs. HDD・SSD
DRAM は不揮発性ストレージ・メディアとして、HDD や SSD などの永続的ストレージ・メディアよりも本質的に高速です。現在、DRAM のような揮発性ストレージ・メディアの速度に達するのを妨げる主要なボトルネックが 2 つあります。
- 物理：DRAM ストレージの書き込みは、トランジスタとキャパシタの組み合わせを使用して、純粋に電気的状態が変化するときに発生します。無電力でデータを保存する能力（不揮発性）は、他のメカニズムに依存するという代償を伴います。
- インターフェース：SSD と HDD は、コントローラとインターフェースを介して CPU と通信する必要があります。パーシステント・ストレージは通常、CPU に直接接続するものではありません。
しかし、エンジニアは、セカンダリ・ストレージとプライマリ・ストレージ間の速度ギャップを埋める新たな方法を模索しています。ストレージ・クラス・メモリ（SCM）と呼ばれる新しいタイプのメモリが、このギャップを埋めるためにどのように機能しているかをご覧ください。
DRAM vs. SRAM
スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（SRAM）は、コンピュータ・システムで使用できる RAM の他の主要な形態です。SRAM は DRAM よりも高速であるため、データのキャッシュに使用されます。キャッシュされたデータは、CPU が処理してコンピュータの性能を向上させるための、高速で容易に利用可能な情報です。また、SRAM はトランジスタのみを使用し、キャパシタは含まれていません。
SRAM は DRAM よりも揮発性に優れていますが、高速で CPU にも通常搭載されています。コンピュータ・メーカーは、SRAM は CPU に統合されているためインストールする必要はなく、DRAM はコンピュータの構築時にインストールする必要があります。SRAM には 6 つのトランジスタがあり、CPU に近接しており、迅速なアクセスにより、キャッシュの高速化と必要性を実現しています。
DRAM vs. SDRAM
シンクロナス DRAM（SDRAM）は、CPU のクロック速度に同期できるコンピュータメモリの世代です。クロック速度を一致させることで、CPU とコンピュータ・メモリ間のデータ交換の性能が向上します。SDRAM は同期しているため、メモリ・バンクのブロックは同時にデータ交換を実行することができ、標準的な DRAM よりも多くのデータを高速に処理できます。
DRAM vs. DDR
次世代のコンピュータ・メモリは、DDR、またはダブル・データ・レートの SDRAM です。DDR は、内部 CPU クロックの増減中に送信されるデータ交換に基づいて高速になり、SDRAM の 2 倍のデータを送信します。DDR にはクロック速度乗数があります。たとえば、DDR2 はクロック速度に 2 を掛けます。DDR4 は、クロック速度の 4 倍です。クロックの高速化は、より多くのデータを高速に交換できることを意味します。
まとめ
デスクトップ・コンピュータやモバイル・デバイスは全て、DRAM 世代を使用して揮発性プライマリ・ストレージに電力を供給しています。デバイスで使用される DRAM の生成により、アプリケーション速度とあらゆるアクティビティからの出力が決まります。ネットワーク環境にサーバーをプロビジョニングする場合でも、メモリを選択することが多いです。このメモリが、アプリケーションのサーバーの速度と性能に影響を与えます。
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