プライマリー・ストレージとは

2021年8月21日

執筆者

Phill Powell

Staff Writer

Ian Smalley

Senior Editorial Strategist

プライマリー・ストレージとは

システム・ボード上にあるプライマリー・ストレージは、そのコンピューターでアクティブに使用されているプログラム、データ、命令を保管するコンポーネントです。

プライマリー・ストレージはメイン・メモリーとも呼ばれます。中央処理装置(CPU)に近いため、プライマリー・ストレージへの読み取りと書き込みの両方が簡単になります。このためプロセッサーはプライマリー・ストレージが保持するデータや命令に、より高速にアクセスできます。

内部メモリーとも呼ばれるメイン・メモリーまたはプライマリー・メモリーには、コンピューターが動作時にアクセスできる比較的少量のデータが保存されます。セカンダリー・メモリーとも呼ばれる外部メモリーには、データを継続的に格納できるストレージ・デバイスが含まれます。

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プライマリー・ストレージの仕組み

プライマリー・ストレージは、CPUが現在使用しているデータと命令を維持することで動作します。プログラムを実行するために、CPUはプライマリー・ストレージにアクセスして必要な命令を取得します。プライマリー・ストレージは、コンピューター処理に不可欠な3つの運用タスクを担当します。

オペレーティング・システム(OS)のロード

コンピューターの電源がオンになると、ブート・サイクルを経て、オペレーティング・システムの必要なコンポーネントがコンピューターのハード・ディスクからRAMに追加されます。OSが読み込まれると、システムはオペレーションを管理する準備が整います。

アプリの実行

アプリケーションを実行する前に、既存のハードディスクの場所からRAMにロードされます。これにより、アプリの実行が調整され、最初に表示されていたよりも高速なデータ取得が可能になります。

データ処理

RAMにロードされるのはアプリだけではありません。アプリケーションによって処理される必要のあるデータについても同じことが当てはまります。この区別には、高度数学、レンダリング画像、編集ファイルを扱うアプリなど、さまざまなアプリのデータが含まれます。

プライマリー・ストレージのメモリーの種類

プライマリー・ストレージの議論では、次のようなさまざまな種類のメモリーが支配的です。

ランダム・アクセス・メモリー(RAM)

RAMは最も重要なタイプのメモリーです。RAMは、システム・アプリやコンピューターが現在管理しているプロセスなど、多数の主要なプロセスを処理し、格納します。また、ファイルやアプリの一種のランチパッドとしても機能します。

読み取り専用メモリー(ROM)

ROMは、ユーザーがデータを見ることはできますが、収集したデータに変更を加えることはできません。ROMは、RAMとは永続性が異なります。ROMは不揮発性ストレージであるため、コンピューターの電源を切ってもデータが残ります。ROMの一例はCDで、コンテンツは一度書き込まれると固定されます。

別の例としては、基本インプット/アウトプット・システム(BIOS)があります。これは、コンピューターの電源をまずオンにしてコンピューターのOSがロードされる前に、ハードウェアの機能を監視するプログラムです。BIOSはコンピューターを起動するたびに必要になるため、BIOSはROMに保管されます。

キャッシュ・メモリー

データ・ストレージのもう1つの重要な形式はキャッシュ・メモリーです。これは、頻繁に取得され使用されるデータを保管します。キャッシュ・メモリーは、RAMよりもストレージ容量が少ないですが、RAMより高速です。

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CPU内部にあるレジスターは、最速のデータ・アクセスを提供し、ほぼ瞬時に処理できるデータを保管します。

フラッシュ・メモリー

フラッシュ・メモリーは、高速アクセスと不揮発性ストレージという両方の長所を兼ね備えています。不揮発性ストレージはデータの書き込みと保存(そして書き換えと再保存)が可能です。フラッシュ・メモリーは、スマートフォン、デジタル・カメラ、USBフラッシュ・ドライブ、フラッシュ・ドライブなどに使用されています。

クラウド・ストレージ

特定の状況下では、クラウド・ストレージがプライマリー・ストレージとして機能する場合があります。例えば、自社のデータセンターでアプリをホストしている組織は、ストレージ用途として何らかのクラウド・サービスを利用する必要があります。

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ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー(DRAM)とスタティック・ランダム・アクセス・メモリー(SRAM)

ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー(DRAM)とスタティック・ランダム・アクセス・メモリー(SRAM)はどちらも、データ・ストレージに使用されるRAMベースの半導体メモリーの一種ですが、設計はまったく異なります。DRAMは各データ・ビットを非常に小さなコンデンサーとトランジスターを含むメモリー・セルに割り当てるのに対し、SRAMはラッチ、フリップ・フロップ回路を使用して各データ・ビットを保管します。

揮発性に関しては、DRAMのコンデンサーは電荷を保持できますが、無期限にとはいきません。このような電荷は時間の経過とともに漏れやすいため、DRAMは、各コンデンサーのデータを定期的に書き換える外部メモリー・リフレッシュ回路を備えることで、不揮発性を確保してこの損失に対処し、二次ストレージの目的として最適です。一方、SRAMはDRAMよりも高速ですが、システムの電源が切断されるとデータが失われます。

SRAMはDRAMよりも高速な処理が可能だと一般的に考えられていますが、このような特性のために、SRAMはDRAMよりも実装が高価であると考えられています。SRAMはその速度のために、通常はキャッシュ・メモリーやレジスターに使用され、DRAMはコンピューターのメイン・メモリーの構成に最もよく使用されます。

プライマリー・ストレージの種類

誤った仮定によって、プライマリー・ストレージの問題が混同されることがよくあります。プライマリー・ストレージとしてのリソースの分類や、メモリーの別のレベル(またはティア)に関連するリソースの分類は、ストレージのアーキテクチャー、サイズ、提供するストレージ・スペースの量によって決まります。メモリーの指定は、特定のリソースの有用性とリソースの使われ方によって決まります。

これにより、考え得るさまざまなタイプのプライマリー・ストレージの定義が広がります。このユーティリティー・ベースのアプローチにより、プライマリー・ストレージは複数の形式をとることができます。プライマリー・ストレージでは、ハードディスク・ドライブ(HDD)やフラッシュベースのソリッドステート・ドライブなどのディスク・アレイ(データ・ストレージ・ハードウェア)が使用される場合があります。また、プライマリー・ストレージは、共有ストレージ・エリア・ネットワーク(SAN)またはネットワーク接続ストレージ(NAS)アレイの使用を意味する場合もあります。

ここでも、リソースがどのように使用されるかによって、プライマリー・ストレージかセカンダリー・ストレージかが決まります。組織がデータ管理などの高トランザクション・アプリケーションを処理できるようにする必要がある場合、より高速なSANプラットフォームが必要な高性能を提供します。

プライマリー・ストレージとセカンダリー・ストレージの違いとは

プライマリー・ストレージとセカンダリー・ストレージの違いを検討する方法はいくつかあります。

人間の記憶との類似性

プライマリー・ストレージとセカンダリー・ストレージの関係は、人間の短期記憶と長期記憶のようなものです。短期記憶がその人に最も関連性の高い「現在」の思考に重点を置いているのと同様に、プライマリー・ストレージはコンピューターが実行している現在の処理に重点を置いています。逆に、セカンダリー・ストレージは長期保管のためにあり、人の長期記憶に似ています。長期記憶の動作頻度は少なく、長期に保管された記憶(長期保管されたデータ)を取得するためにより多くの頭脳処理(コンピューター処理)を必要とする場合があります。

揮発性

2種類のストレージを区別するもう1つの簡単な方法は、動作中の電源が切れたときにそれぞれどうなるかを調べることです。プライマリー・ストレージは揮発性であるため、そのデータはコンピューターが停止すると事実上消滅します。セカンダリー・ストレージは通常、不揮発性メモリーを使用します。不揮発性メモリーは、電源を切った後でもデータを長期間保管できます。

パフォーマンス

プライマリー・ストレージとセカンダリー・ストレージを比較するもう1つの基本的な方法は、それぞれのシステムの性能で比較することです。プライマリー・ストレージを使用するコンピューター・システムは、セカンダリー・ストレージに依存するシステムよりもアクセス時間が速くなります。

ストレージ・デバイスの種類

ストレージ・ソリューションの提供には、使用レベルと重要度に応じて、さまざまなデバイスが使用されます。

プライマリー・ストレージ・デバイス

ここでは、最も一般的に使用されているプライマリー・ストレージ・デバイスをご紹介します。

  • ソリッドステート・ドライブ
  • ハードディスク・メディア

セカンダリー・ストレージ・デバイス

セカンダリー・ストレージ・デバイス(SSD)には次のものがあります。

  • ハードディスクドライブ
  • 磁気テープ
  • メモリー・チップ/SSDカード
  • USBフラッシュ・ドライブ
  • CD、DVD、ブルーレイ・ディスク

3次ストレージ・デバイス

二次ストレージ・デバイスのすぐ下には、三次メモリー、つまり最もRawでデータ構造化されていない形式のデータを扱うデバイスがあります。3次ストレージでは、オートメーションを使用して、カルーセルや同様のロボット・メカニズムの使用を介してコンピューターがアクセスできるリムーバブル・メディア(光学ディスクやテープ・リールなど)を切り替えます。第3のストレージは、稲光のような高速な処理速度で知られるのではなく、確実に一貫したオペレーションを提供することで知られています。