メモリ管理ユニットとは何ですか？

コンピューターのメモリシステムを管理するコンピューターハードウェアは、メモリ管理ユニット（MMU）と呼ばれます。 このコンポーネントは、CPUとシステムメモリ間のバッファとして機能します。 メモリ管理ユニットによって実行される機能は、通常、ハードウェアメモリ管理、オペレーティングシステムメモリ管理、アプリケーションメモリ管理の3つの領域に分類できます。 メモリ管理ユニットは別のチップコンポーネントにすることもできますが、通常は中央処理装置（CPU）に統合されます。

一般的に、メモリ管理に関連するハードウェアには、ランダムアクセスメモリ（RAM）とメモリキャッシュが含まれます。 RAMは、ハードディスク上にある物理的なストレージコンパートメントです。 これは、データの読み取りと書き込みが行われるコンピューターの主記憶域です。 メモリキャッシュは、メインメモリから特定のデータのコピーを保持するために使用されます。 CPUはメモリキャッシュに保持されているこの情報にアクセスし、処理時間の短縮に役立ちます。

物理メモリ、またはRAMのメモリ領域が不足すると、コンピュータは自動的にハードディスクの仮想メモリを使用して、要求されたプログラムを実行します。 メモリ管理ユニットは、オペレーティングシステムからさまざまなアプリケーションにメモリを割り当てます。 中央処理装置内にある仮想アドレス領域は、ページに分割されたアドレス範囲で構成されています。 ページは、サイズが等しいセカンダリストレージブロックです。 自動ページングプロセスにより、オペレーティングシステムは、ハードディスク上に散在するストレージスペースを利用できます。

メモリが不足しているというエラーメッセージをユーザーが受け取る代わりに、MMUはアプリケーションを実行するのに十分な仮想メモリを構築するようにシステムに自動的に指示します。 アプリケーションを実行するために、仮想メモリの同じサイズのブロックのプールから連続した仮想メモリ空​​間が作成されます。 システムがプログラム要件を処理するために仮想メモリの1つのチャンクを作成する必要がないため、この機能は、このプロセスを効果的かつ効率的に機能させるための主要な鍵です。 さまざまなサイズのプログラムを収容するためにさまざまなサイズのメモリ空間を作成すると、フラグメンテーションと呼ばれる問題が発生します。 これにより、実際に使用可能な合計スペースが十分にある場合に、より大きなプログラムに十分な空きスペースがない可能性があります。

アプリケーションのメモリ管理には、利用可能なメモリリソースからプログラムを実行するために必要なメモリを割り当てるプロセスが必要です。 大規模なオペレーティングシステムでは、同じアプリケーションの多くのコピーを実行できます。 メモリ管理ユニットは、多くの場合、アプリケーションにそのニーズに最適なメモリアドレスを割り当てます。 これらのプログラムに同じアドレスを割り当てる方が簡単です。 また、メモリ管理ユニットは、必要に応じてメモリリソースをプログラムに配布できます。 操作が完了すると、メモリは他の場所で使用するためにリサイクルされます。

メモリ管理ユニットの主な課題の1つは、データが不要になり破棄できることを検知することです。 これにより、他のプロセスで使用するためにメモリが解放されます。 この問題のため、自動および手動のメモリ管理は別の研究分野になりました。 効率の悪いメモリ管理は、コンピューターシステムの最適なパフォーマンスに関して大きな問題となります。