記憶階層（メモリ階層構造）とは？

記憶階層（メモリ階層構造）の意味

記憶階層は、コンピュータが利用する各種の記憶装置を、アクセス速度と記憶容量・コストのバランスに基づいてピラミッド状に整理した考え方である。最上位にはCPU内にあり非常に高速だが容量の小さいレジスタ、その下にキャッシュメモリ、さらに主記憶装置（メインメモリ）、そして最下層に低速だが大容量で安価な補助記憶装置（HDD・SSDなど）が位置づけられる。速く高価な記憶装置ほど容量を小さくし、遅く安価な記憶装置ほど容量を大きくすることで、コストを抑えながら全体として高速な処理を実現するというのが記憶階層の基本的な設計思想である。

記憶階層（メモリ階層構造）の具体例

CPUは頻繁に使うデータをまずキャッシュメモリに置いて高速にアクセスし、そこにないデータは主記憶装置、さらに必要なら補助記憶装置へと段階的にアクセスすることで処理速度と容量のバランスを取る。

記憶階層（メモリ階層構造）は試験でどう引っ掛けられる？

記憶階層は「上位ほど高速・小容量・高コスト」「下位ほど低速・大容量・低コスト」という関係になっており、この上下関係を逆に覚えると誤りになりやすい。

記憶階層（メモリ階層構造）と関連する用語

• キャッシュメモリ
• 主記憶装置
• レジスタ
• 補助記憶装置

記憶階層（メモリ階層構造）が出た過去問

• データの読み書きが高速な順に左側から並べたものはどれか。

  正解：レジスタ，主記憶，補助記憶

  要点：記憶階層はCPUに近いほど高速小容量

  記憶装置は、CPUに近いほど高速で容量が小さく、遠いほど低速で大容量になるという階層構造をとる。CPU内部にあるレジスタが最も高速で、次にキャッシュ、主記憶が続き、ハードディスクなどの補助記憶は最も低速である。したがってレジスタ、主記憶、補助記憶の順となる。

  出典：平成23年度 秋期 ITパスポート試験 問79（IPA）

• コンピュータの記憶階層におけるキャッシュメモリ、主記憶及び補助記憶と、それぞれに用いられる記憶装置の組合せとして、適切なものはどれか。

  正解：キャッシュメモリ:SRAM 主記憶:DRAM 補助記憶:SSD

  要点：記憶階層はSRAM→DRAM→SSD/HDDの順に低速大容量

  記憶階層は、高速だが高価で容量の小さいものから順に、キャッシュメモリ・主記憶・補助記憶と並ぶ。キャッシュには高速なSRAM、主記憶には大容量で安価なDRAM、補助記憶には電源を切っても内容が残るSSDやHDDが用いられる。

  出典：令和1年度 秋期 ITパスポート試験 問60（IPA）