メモリ階層とは

メモリ階層は、コンピューターにあるメモリとストレージデバイスの階層です。 多くの場合、三角形として視覚化され、三角形の下部は大きく、安価で低速のストレージデバイスを表し、三角形の上部は小さく、高価で高速のストレージデバイスを表します。 これは計算理論や設計でよく使用されるため、プログラマーはコンピューターを構築するときにさまざまなメモリシステムを管理する方法を知っています。 メモリー階層を操作する方法を知ることにより、プログラマーはより高速なコンピューターを構築できます。

メモリ階層の三角形は、消費者とプログラマがメモリの仕組みを理解するのに役立つ視覚化手法です。 下部には、ハードドライブや磁気テープなど、大量のメモリを備えた安価なストレージデバイスがあります。 上位には、容量と速度が中程度のランダムアクセスメモリ（RAM）があります。 上部にはキャッシュとプロセッサがあります。どちらも非常に高速ですが、容量はわずかです。 三角形は主に応答時間ごとに整理されていますが、サイズ、メモリ容量、価格などの要因にも相関関係があります。

コンピューターを構築するとき、プログラマーはメモリ階層の三角形に留意する必要があります。 三角形の一部は操作できますが、セクションの移動は厳密にルールに違反します。 たとえば、プログラマはハードドライブの役割をRAMの役割に切り替えることができます。 これが発生すると、ファイルやWebサイトなどの即時情報を読み込むときにコンピューターが非常に遅くなり、長期保存用のデータをほとんど保持できなくなり、コンピューターがほとんど役に立たなくなります。 三角形の一部を切り替えることは、コンピューターの可能性を最大化する正しい方法ではありません。

三角形を正しい方法で操作することは、プログラマーがコンピューターの効率を向上させる方法です。 たとえば、ストレージユニットを非常にシンプルに、サイズと複雑さを抑えて作成すると、メモリ階層がより適切に機能します。 また、RAMの代わりにプロセッサを使用するなど、メモリ階層の上位セクションで情報を処理できるようにプログラマーが作成できる場合、コンピューターはより高速に移動します。 これはセクションを移動させず、最適化するだけです。

メモリ階層の視覚化は非常に簡単であり、メモリを操作してさまざまなセクションに移動できますが、メモリが保存または使用される場所を正確に知ることは困難です。 いくつかの異なるユニットが通常一度にメモリを処理するか、メモリがセクション間を移動する可能性があるため、プログラマはこの要素を推定する必要があります。 よくできたプログラムは、通常、メモリの保存場所または処理場所を予測できますが、プログラマが常に考慮することのできないランダムな要因があります。そのため、メモリ階層は三角形の視覚化よりもはるかに流動的です。