SRAMとは
SRAM(Static Random Access Memory)とは、キャッシュメモリなどに使用される高速な半導体メモリの一種です。「フリップフロップ」と呼ばれる電気的なスイッチ回路を用いてデータを記憶します。DRAMのようにコンデンサを使っていないため、電気が自然に漏れることがなく、電源が供給されている限りはリフレッシュ動作(再充電)を行わなくてもデータを保持し続けることができます。これにより、リフレッシュのための待ち時間が発生せず、DRAMと比べて極めて高速にデータを読み書きできるのが大きな特徴です。
具体例
SRAMの仕組みは、壁にある部屋の照明スイッチに例えられます。スイッチを「ON(1)」または「OFF(0)」に切り替えると、誰かが触らない限りその状態がずっと維持されます。DRAMのようにバケツの水を監視して注ぎ足し続ける必要はありません。しかし、SRAMは1ビットのデータを記憶するために複数のトランジスタで構成された複雑な回路が必要となるため、部品が大きくなり、製造コストが高くなります。そのため、大容量のメインメモリではなく、CPU内部のキャッシュメモリなどの高速性が最優先される場所に限定して使われます。
// メモリの特徴比較
SRAM: リフレッシュ不要 / 超高速 / 回路が複雑・高コスト (用途: キャッシュメモリ)
DRAM: リフレッシュ必要 / 低速 / 回路が単純・安価 (用途: 主記憶装置)
もう少し詳しく
SRAM(スタティックRAM)は、コンピュータ内で最も高速な読み書きが要求される場所で活躍する半導体メモリです。SRAMがデータを記憶するための基本単位(メモリセル)は「フリップフロップ回路」と呼ばれる電子回路で構成されています。フリップフロップ回路は、一度「1」または「0」の状態に設定されると、回路に電力が供給され続けている限り、その状態を電気的・自律的に安定して保持し続けるという性質を持っています。
DRAMが採用しているコンデンサ方式のように、時間の経過とともに電気が漏れ出してしまうことがないため、データを失わないように定期的に読み直して書き直す「リフレッシュ動作」が一切不要です。このリフレッシュを行わなくてよいという点が、SRAMの「Static(静的)」という名前の由来となっています。リフレッシュによる待ち時間が発生しないため、CPUの超高速な動作クロックに追従して、極めて遅延の少ないデータの読み書きを実現できます。
しかし、SRAMには物理的な制約という大きなデメリットも存在します。1ビットのデータを記憶するフリップフロップ回路を構成するためには、通常4個から6個ものトランジスタを精巧に組み合わせる必要があり、DRAM(トランジスタ1個+コンデンサ1個)と比較して回路の構造が非常に複雑になります。そのため、1つのメモリセルがシリコンチップ上で占める物理的な面積が大きくなり、同じサイズのチップに詰め込める記憶容量(集積度)はDRAMよりもずっと低くなってしまいます。また、複雑な回路は製造コストの上昇にも直結します。
このような「高速だが、容量が小さく高価」という特性から、SRAMをコンピュータの主記憶装置として数ギガバイト分も搭載することはコスト的に現実的ではありません。そのため、SRAMはCPUと主記憶装置の速度差を埋めるための小容量の「キャッシュメモリ」や、ハードディスク・SSDのデータ転送をスムーズにするための「バッファメモリ」など、局所的で速度が最優先される用途に特化して利用されています。
試験でのポイント
基本情報技術者試験などのITパスポート試験では、SRAMとDRAMの違いを明確に理解しているかを問う問題が必ずと言っていいほど出題されます。SRAMに関する設問が出た際には、以下のキーワードに反応できるようにしておくことが得点源になります。
- 記憶素子:フリップフロップ回路を利用してデータを保持する。
- リフレッシュ動作:コンデンサを使っていないため、定期的なリフレッシュ(再充電)は「不要」である。
- アクセス速度と集積度:DRAMに比べてアクセス速度は「非常に高速」であるが、回路が複雑なため集積度は「低く」、大容量化には向いていない。
- 主な用途:CPUと主記憶の速度差を埋めるキャッシュメモリとして用いられる。
よくある誤答選択肢として、「SRAMは定期的なリフレッシュが必要であるためキャッシュメモリに適している」というように、正しい記述と誤った記述を意図的に混ぜた選択肢が出題されます。フリップフロップ・リフレッシュ不要・キャッシュメモリという3つのキーワードを強固に結びつけて記憶しておきましょう。
関連する用語
SRAMの比較対象として常に取り上げられるDRAMや、SRAMが実際に利用されている代表的な装置であるキャッシュメモリ、そしてSRAMがデータを保持するための回路構成であるフリップフロップ回路などが関連する重要用語です。