1. 概要

このチュートリアルでは、レジスタとランダムアクセスメモリ（RAM）の2つの重要なストレージユニットについて簡単に説明します。

また、これらのストレージユニットの動作原理についても説明します。

2. 記憶の必要性

高度なシステムを構築することは無意味であり、情報を保存する機能がなければ不可能です。 それが実際にコンピュータのメモリがステージに登場する場所です。 論理ゲートを使用して1ビット情報を格納する方法を検討する前に、コンピューティングにおけるメモリシステムの抽象化を見てみましょう。

3. レジスター

レジスタは、CPUが直接アクセスできるメモリ位置です。 レジスタには、プロセッサが現在アクセスしているオペランドまたは命令が含まれています。 レジスタは、CPUに統合された最小のデータストレージユニットです。

レジスタはビットで定義され、プロセッサには16ビット、32ビット、または64ビットのレジスタが含まれる場合があります。 レジスタビットの数によって、CPUのクロックと速度が決まります。 これらのレジスタが情報を格納する方法の詳細に入る前に、論理ゲートを使用して1ビット情報を格納する方法を理解してみましょう。

3.1. AND-ORラッチとゲートラッチ

次の図はAND-ORラッチを示しています。これは、1ビットメモリを作成できるようにするための最初のステップです。 2つの入力が設定され、リセットされます。 セット入力は出力を1に設定し、リセット入力は出力を0にリセットします。 セットとリセットの両方が0の場合、回路は最後に挿入されたものを出力します。 実際には、1ビットの情報を記憶しています。 したがって、これを1ビットメモリと呼ぶことができます。

これを「ラッチ」と呼びます。これは、特定の値を「ラッチ」し、その状態を維持するためです。 メモリからデータを取得することを「読み取り」と呼び、メモリにデータを入れることを「書き込み」と呼びます。 このようなメカニズムを作成するには、データを入力するための1本のワイヤーが必要です。これは、値を格納するために0または1のいずれかに設定できます。

さらに、メモリを書き込み可能にするかどうかを可能にするワイヤが必要になります。 さらにいくつかの論理ゲートを追加することで、この回路を構築できます。 これをゲートラッチと呼びます。 そのゲートは開閉できるため：

これで、1ビットのコンピュータメモリができました。 しかし、私たちが推測するように、それはあまり役に立ちません。 8つのラッチを並べて配置すると、8ビットの数値のように8ビットの情報を格納できます。 このように機能するラッチのグループは、番号を保持できるレジスタと呼ばれます。

初期のコンピューターには8ビットレジスタがありましたが、16、32、そして今日では、ほとんどのコンピューターに64ビットレジスタがあります。

4. 羊

ラッチを並べて配置するのではなく、グリッドマトリックスに配置すると、より多くのワイヤを節約でき、構築したメモリをスケールアップできます。 この種のより大きなメモリをRAMと呼びます。 数百、数千のゲートラッチを使用することで、ギガバイトまたは10億バイトのメモリを使用できます。

いつでも、ランダムな順序で、任意のメモリ位置にアクセスできます。 そのため、ランダムアクセスメモリまたはRAMと呼んでいます。 RAMはプライマリメモリとも呼ばれ、揮発性です。 これは、RAM内のデータは、システムの電源がオンになると存在し、システムの電源がオフになると消えることを意味します。 次の図にRAMの例を示します：

実際には、現在実行中のアプリケーションが必要とするデータをCPUに格納します。 プロセッサがRAMにないデータを必要とする場合、データはハードドライブなどのセカンダリストレージから移動され、CPUによってフェッチされます。

RAMには、SRAM（スタティックランダムアクセスメモリ）、DRAM、NVRAM、フラッシュメモリの複数の種類があります。 それらは互いに非常に似ていますが、ビットを格納するために異なる回路を使用します。 たとえば、異なる論理ゲート、電荷トラップ、またはコンデンサを使用します。

5. 結論

この記事では、レジスタとRAMについて簡単に説明しました。 レジスタとメモリが論理ゲートの内部でどのように機能するかを説明しようとしました。