なぜRAMは揮発性でなければならないのですか？

コンピューターのRAMが他の永続ストレージのように不揮発性である場合、起動時間などはありません。それでは、なぜ不揮発性RAMモジュールを使用できないのですか？ありがとうございました。

ほとんどの人が「RAM」を読んだり聞いたりするとき、次のことを考えます。

実際、これらはDRAMチップで作られており、DRAMがRAMの一種であるかどうかは議論の余地があります。（以前は「実際の」RAMでしたが、テクノロジーは変化しており、RAMであるかどうかは宗教的な信念です。コメントの説明を参照してください。）

RAMは広義の用語です。これは、「ランダムアクセスメモリ」、つまり任意の順序でアクセスできる任意の種類のメモリを表します（「アクセス」とは読み取りまたは書き込みを意味しますが、一部の種類のRAMは読み取り専用の場合があります）。

たとえば、HDDはランダムアクセスメモリではありません。隣接していない2ビットを読み取ろうとすると（または何らかの理由で逆順で読み取ろうとすると）、プラッターが回転してヘッダーが移動します。間に追加の操作を行わずに連続ビットのみを読み取ることができます。これが、DRAMを非RAMと見なすことができる理由でもあります。ブロック単位で読み取られます。

ランダムアクセスメモリには多くの種類があります。それらの一部は揮発性ではなく、ROMなどの読み取り専用のものもあります。したがって、不揮発性RAMが存在します。

なぜ使用しないのですか？たとえば、NORフラッシュメモリはDRAMと同程度に高速に読み取れるため、速度は最大の問題ではありません（少なくとも、Wikipediaの言うとおりですが、引用はありません）。書き込み速度は低下しますが、最も重要な問題は次のとおりです。

不揮発性メモリの内部アーキテクチャにより、それらは摩耗しなければなりません。書き込みと消去のサイクル数は100,000〜1,000,000に制限されています。多数に見えますが、通常は不揮発性ストレージに十分です（ペンドライブはそれほど頻繁に壊れないでしょう？）が、SSDドライブで既に対処しなければならない問題です。RAMはSSDドライブよりも頻繁に書き込まれるため、摩耗しやすくなります。

DRAMは摩耗せず、高速で比較的安価です。SRAMはさらに高速ですが、高価です。現在、CPUでキャッシングに使用されています。（そして、それは間違いなくRAMです;））

深いところは物理学によるものです。

不揮発性メモリは、その間に大きなエネルギー障壁がある2つの状態でビットを保存する必要があります。そうしないと、影響が最も小さくビットが変化します。しかし、その記憶に書き込むとき、私たちは積極的にそのエネルギー障壁を克服しなければなりません。

デザイナーは、これらのエネルギー障壁を設定するのにかなりの自由があります。低く設定する0 . 1と、大量の熱を発生させることなく大量に書き換え可能なメモリが得られます。高速で揮発性です。エネルギー障壁を高く設定する0 | 1と、ビットはほぼ永久に、または深刻なエネルギーを消費するまでそのままになります。

DRAMは漏れる小さなコンデンサを使用します。大きいコンデンサは漏れが少なく、揮発性は低くなりますが、充電に時間がかかります。

フラッシュは、高電圧でアイソレータに発射される電子を使用します。エネルギー障壁は非常に高いため、制御された方法でそれらを取り出すことはできません。唯一の方法は、ビットのブロック全体をきれいにすることです。

コンピューターで最初によく使用される「メインストア」は「コア」でした。つまり、フェライト材料の小さなトロイドがアレイ状に配置され、ワイヤーが3方向に走っていることに注意してください。

1を書き込むには、対応するXワイヤとYワイヤに等しい強度のパルスを送信して、コアを「フリップ」します。（ゼロを書き込むには、そうしません。）書き込む前に場所を消去する必要があります。

読むには、1を書き込んで、対応するパルスが「センス」ワイヤで生成されたかどうかを確認します。その場合、場所は以前はゼロでした。その後、データを消去するだけなので、データを書き戻す必要があります。

（もちろん、これは少し簡略化された説明です。）

しかし、それらは不揮発性でした。 コンピュータをシャットダウンして、1週間後に起動しても、データは残っています。そして、それは間違いなく「RAM」でした。

（「コア」の前に、ほとんどのコンピューターは磁気「ドラム」で直接動作し、CPUメモリのレジスタはわずかで、ストレージCRTのような使用済みのものがいくつかありました。）

したがって、RAM（現在の最も一般的な形式）が揮発性である理由についての答えは、その形式が安価で高速であるということです。（Intelは、興味深いことに、だった半導体RAMの開発に初期の指導者、およびだけ自分のRAMのための市場を生成するために、CPUのビジネスになりました。）

DRAMは高速で、非常に高い密度（低$ / MBおよびcm ² / MB）で安価に構築できますが、頻繁に更新しないと状態を失います。その非常に小さいサイズが問題の一部です。電子は薄い壁から漏れ出します。

SRAMは非常に高速で、安価（$ / MBが高い）で密度が低く、リフレッシュする必要はありませんが、電源が切断されると状態を失います。SRAM構造は、「NVRAM」に使用されます。「NVRAM」は、小さなバッテリーに取り付けられたRAMです。NVRAMに数十年前の保存状態が保存されているセガとニンテンドーのカートリッジがいくつかあります。

EEPROM（通常は「フラッシュ」の形式）は不揮発性で、書き込みが遅くなりますが、安価で高密度です。

FRAM（強誘電性RAM）は、高速、安価、不揮発性であるがまだ高密度ではない、必要な機能を備えた新世代のストレージテクノロジーの1つです。それを使用し、希望する動作を実現するTIマイクロコントローラーを入手できます。電源を切断して復元すると、中断したところから再開できます。しかし、それは64kバイトのものしか持っていません。または、2MビットのシリアルFRAMを入手できます。

「Memristor」技術は、FRAMと同様の特性を実現するために研究されていますが、まだ実際の製品ではありません。

編集：RAMパーシステントシステムを使用している場合、実行中に更新を適用する方法を検討するか、すべての作業を失うことなく時々再起動する必要があることに注意してください。NVRAMにすべてのデータを保存するスマートフォン前のPDAがいくつかあり、バッテリーが切れた場合にインスタントオンとすべてのデータの潜在的な即時損失の両方を提供します。

IMOの主な問題は、まさにボラティリティです。速く書くためには、書くことは簡単でなければなりません（つまり、長時間を必要としません）。これは、RAMを選択するときに見たいものと矛盾します。高速でなければなりません。

毎日のアナロジー：-ホワイトボードに何かを書くのは非常に簡単で、ほとんど手間がかかりません。したがって、高速で、数秒以内にボード全体をスケッチできます。-ただし、ホワイトボード上のスケッチは非常に不安定です。いくつかの間違った動きとすべてがなくなっています。-石板を用意して、そこにあなたのスケッチを刻みます- フリントストーンスタイルのように-そしてあなたのスケッチは、今後何年、何十年、あるいは何世紀にもわたってそこにとどまります。ただし、これを書くのにはかなり時間がかかります。

コンピューターに戻る：永続的なデータを保存するために高速チップを使用する技術は既に存在しますが（フラッシュドライブのように）、速度は揮発性RAMと比較してはるかに低いです。いくつかのフラッシュドライブを見て、データを比較してください。「200 MB /秒での読み取り」や「50 MB /秒での書き込み」のようなものが見つかります。これはかなりの違いです。もちろん、ここでは製品の価格が多少の役割を果たしますが、一般的なアクセス時間はより多くのお金を使うことを改善するかもしれませんが、読むことは書くことよりも速いでしょう。

「しかし、BIOSをフラッシュするのはどうですか？それは組み込みで高速です！」あなたが尋ねるかもしれません。あなたは正しいですが、BIOSイメージをフラッシュしたことはありますか？BIOSからの起動にはほんのわずかな時間がかかります-ほとんどの時間は外部ハードウェアの待機に無駄になりますが、実際のフラッシュには、書き込み/書き込みに数KBしかかからない場合でも数分かかる場合があります。

ただし、この問題には、WindowsのHybernate機能などの回避策があります。RAMの内容は、不揮発性ストレージ（HDDなど）に書き込まれ、後で読み返されます。ネットブックの一部のBIOSは、非表示のHDDパーティションを使用して、一般的なBIOS構成および設定に対して同様の機能を提供します（したがって、コールドブートでもBIOSを本質的にスキップします）。

主にcatch-22が原因です。あなたのDRAM場合（すでに言ったように、RAMは非常に広範な用語である。何と呼ばれ話しているDRAMで、Dダイナミック用）突然、不揮発性になる人は、それを呼び出しますNVRAMストレージの非常に異なるタイプです。

実用的な理由もあります。現在、NVRAM（電源を必要としない真のEEPROMベースのNVRAM）タイプは存在せず、ハードウェアの劣化なしに無制限の書き込みが可能です。

DRAMベースの大容量記憶装置については、Gigabyte i-RAMをご覧ください（充電可能なリチウムイオンバッテリーに注意してください。

実際、RAMは厳密に言えば揮発性である必要はありませんが、便宜上、通常はそのようにします。1つの潜在的な不揮発性RAMテクノロジーについては、WikipediaのMagnetic Ram（http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoresistive_random-access_memory）を参照してください。ただし、実用化のためにさらに開発が必要なものがあります。

基本的に、DRAMの利点はサイズです。これは非常に単純な技術であり、非常に高速な読み取り/書き込み特性を備えていますが、結果として揮発性です。フラッシュメモリの読み取り特性は良好ですが、RAMに必要なものと比較すると非常に遅いです。

スタティックRAMは非常に優れた読み取り/書き込み特性を持ち、消費電力は非常に低くなりますが、DRAMと比較してコンポーネント数が多いため、はるかに高価です。（シリコン上のフットプリントが大きい=故障が多い+チップあたりのチップ数が少ない=コストが高い）揮発性でもありますが、小さなバッテリーでもしばらくは電力を供給できるため、コストがかからない場合は一種の疑似NVRAMになります問題。

MRAMであろうと他の技術であろうと、将来のある時点で、コンピューターの速度を落とす階層型メモリ構造の現在のニーズを回避する方法を見つける可能性があります。まだそこにいません。ただし、その時代が到来したとしても、データをアーカイブするには、長期にわたる信頼性の高い（読み取り：低速）記憶媒体が必要になる可能性があります。

他の多くの人が言及しているように、最新のRAMは要件によってではなく、設計によってのみ変動します。SDRAMおよびDDR-SDRAMには、動作の信頼性を維持するためにリフレッシュが必要になるという追加の問題があります。それがまさにダイナミックRAMモジュールの性質です。しかし、私は他の選択肢が利用可能かどうか疑問に思うことができませんでした。基準を満たすことができるメモリの種類は何ですか？このウォークスルーでは、実行時に読み書きできるメモリのみを扱います。これにより、ROM、PROM、およびその他の1回限りの使用チップがキックアウトされます。これらは、一度プログラムされると変更されないことを意味します。

スペクトルの不揮発性側に少し近づくと、途中でSRAMに遭遇しますが、その不揮発性は非常に限られています。実際、それは単なるデータの残留です。更新は必要ありませんが、電源が長時間オフになっていると、データは必ず削除されます。これに加えて、DRAMよりも少し高速です-GBサイズに達するまで。メモリセルのサイズが大きくなったため（セルあたり6トランジスタ）、DRAMと比較すると、使用中のメモリのサイズが大きくなるにつれて、SRAMの速度の利点の実行可能性は薄れ始めます。

次はBBSRAM-バッテリーバックアップSRAMです。このタイプのメモリは、電源障害の場合にバッテリーを使用して不揮発性になるSRAMの修正バージョンです。ただし、これによりいくつかの問題が発生します。バッテリーを使い終わったらどのように処分しますか？また、SRAM自体は既に十分な大きさではありませんか？ミックスに電源管理回路とバッテリーを追加しても、実際のメモリセルに使用できるスペースの量が減少するだけです。また、長時間の熱暴露でバッテリーがうまく動作することも覚えていません...

スペクトルの不揮発性の側面に加えて、EPROMに注目します。「しかし、待ってください」とあなたは尋ねます-「EPROMも1回限りの使用ではないですか？紫外線があり、高いリスクを冒そうとする意志がある場合は別です。EPROMは、紫外線にさらされると書き換えられます。ただし、それらは通常、プログラムされると不透明なエンクロージャに梱包されます。最初に外さなければなりません。非常に非実用的で、実行時にインサーキットで書き換えることはできません。また、個々のメモリアドレス/セルをターゲットにすることはできません-ワイプのみです。しかし、EEPROMが役立つかもしれません...

EEは、Electrically-Erasableの略です。これにより、（ROM、PROM、およびEPROMと比較して）回路で一度だけ発生する書き込み操作の扉が開かれます。ただし、EEPROMはフローティングゲートトランジスタを使用します。これにより、トラップされた電子が徐々に蓄積され、最終的にメモリセルが動作不能になります。または、メモリセルで電荷損失が発生する可能性があります。これにより、セルが消去状態のままになります。あなたが探していたものではなく、計画的な死刑判決です。

MRAMはリストの次です。永久磁石と交換可能な磁石（薄い絶縁層で分離）とのビットで構成される磁気トンネル接合を少し使用します。ウィキペディアによると、

「読み取りの最も簡単な方法は、セルの電気抵抗を測定することによって達成されます。特定のセルは、電流を電源ラインからセルを介してグランドに切り替える関連トランジスタに電力を供給することによって選択されます。二つのプレートの磁化の相対的配向に起因する細胞変化の電気抵抗値が得られた電流を測定することによって、任意の特定のセルの内部抵抗を測定し、この書き込み可能なプレートの磁化極性とすることができます。」

この形式のメモリは、電荷と電流ではなく、抵抗と測定電圧の違いに基づいています。チャージポンプは必要ありません。これは、特にSTTベースのバリアントの場合、DRAMよりも動作の電力消費を抑えるのに役立ちます。MRAMの設計には、DRAMに匹敵するメモリ密度など、複数の利点があります。限られたテストケースでのSRAMに匹敵するパフォーマンスと速度。消費電力はDRAMよりもはるかに低い。読み取り/書き込み操作の繰り返しによる劣化の欠如。これにより、MRAMは研究者と科学者の両方に注目を集め、その発展が促進されました。実際、「ユニバーサルメモリ」の候補としても見られています。ただし、このタイプのメモリの製造コストは依然として非常に高く、他のオプション -この時点では少し扱いに​​くいように見えます。

強誘電体RAMを調べることもできますが、それはかなり悲しい選択肢です。F-RAMはDRAMの構造に似ています-単に誘電体層を強誘電体に置き換えてください。消費電力が低く、読み取り/書き込みの耐久性はまあまあですが、利点は次第に低下します。はるかに低い記憶密度、完全な記憶容量、破壊的な読み取りプロセス（読み取り後書き込みアーチで対応するためにICの変更が​​必要）、および全体的なコストが高くなります。きれいな光景ではありません。

スペクトルの最後のオプションはSONOS、CBRAM、およびFlash-RAM（NANDフラッシュ、NORベースなど）です。ただし、一般的なSSDのようなストレージはそれを削減しません。そのため、この範囲の終わりに実行可能なオプションを見つけることはできません。SONOSとFlash-RAMは両方とも、読み取り/書き込み速度の制限（主に永続ストレージに使用-RAMのような動作速度に最適化されていない）、ブロックへの書き込みの必要性、および「おやすみなさい'。これらはページングには適しているかもしれませんが、高速アクセスでは機能しません。CBRAMは、目的には少し遅すぎます。

この狩りの未来は現在暗いと思われます。しかし、恐れないでください-私はあなたの個人的な読書のためにいくつかの名誉ある言及を残しました。T-RAM（Thististor-RAM）、Z-RAM、およびnvSRAMも候補として考えられます。T-RAMとZ-RAMの両方が時折（DRAM、SDRAM、およびDDR-SDRAMと比較して）更新を必要とする一方で、nvSRAMにはそのような要件がありません。これらの3つのオプションはすべて、メモリ密度、読み取り/書き込み速度、電力消費率のいずれか、または両方が優れています。また、バッテリーも必要ありません-これは大きなプラスです（BBSRAMは隅で泣いています）。nvSRAMを詳しく見ると、恐ろしいDDR-SDRAMの代替品の実行可能な候補が見つかったように見えます。

しかし、すぐに（少なくともここまで読むことを選んだ人にとって）、私たちは皆、別々のコーナーで泣きます-SRAMと同じサイズの問題を抱えていることに加えて、nvSRAMは、適切なDDR-SDRAMの交換。オプションはあります-しかし、まだ生産の準備が整っていない（MRAMなど）か、まったく生産されない（nvSRAM）のいずれかです。そして、あなたが尋ねる前に、ギガバイトのi-RAMも出ています-それはSATAインターフェースを介してのみ動作し、パフォーマンスのボトルネックを生み出します。バッテリーも付いています。私たちは皆、メモリが次にどこに行くのかを見ているべきだと思いますか？ほろ苦い終わりだと思います。

• 大容量のメモリには、小さな個別のメモリセルが必要です。1電荷または0電荷を保持する単純なコンデンサは、不揮発性RAMの複雑なロジックよりもはるかに小さく、高速です。

• 漏れた量を補充することは、ハードウェアに依存しないサイクルです。このロジックは、通常、プロセッサが妨げられないように作成されます。

• 一方、電源を切ると、更新が停止します。そのため、起動時または休止時に、完全なリロードが必要です。

• 同じサイズのより大きな容量が、投票に勝ちます。

8GB RAM = 8.589.934.592バイトx 8ビット= 68.719.476.736ビット（セル-パリティなし）

質問に答えるために-そうではありません！

不揮発性ランダムアクセスメモリウィキペディアから、無料の百科事典の不揮発性ランダムアクセスメモリ（NVRAM）は、電源を切っても情報が保持されるランダムアクセスメモリ（不揮発性）です。これは、電力が供給されている間のみデータを維持するダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）とスタティックランダムアクセスメモリ（SRAM）とは対照的です。現在、NVRAMメモリの最もよく知られている形式はフラッシュメモリです。フラッシュメモリの欠点には、多くのコンピューターが自動的にアドレス指定できるよりも大きなブロックに書き込む必要があること、および書き込み消去サイクルの有限数に起因するフラッシュメモリの寿命が比較的限られていることが含まれます（書き込み時のほとんどのコンシューマフラッシュ製品は、メモリが劣化し始める前に約100,000回の書き換えにしか耐えられません）。もう1つの欠点は、フラッシュが応答時間と一致しないパフォーマンスの制限であり、場合によっては、従来の形式のRAMが提供するランダムアドレス指定能力です。いくつかの新しい技術は、特定の役割でフラッシュを置き換えようとし、真のユニバーサルメモリであると主張するものもあり、フラッシュの非揮発性を備えた最高のSRAMデバイスのパフォーマンスを提供します。これまでのところ、これらの選択肢はまだ主流になっていない。

出典：NVRAM wikiページ

厳密に言えば、RAMは揮発性である必要はありません。コンピューターでは複数の形式の不揮発性RAMが使用されました。フェライトコアメモリは、たとえば、トランジスタ化されたモノリシックメモリが普及した50年代から70年代までのRAM（プロセッサが情報を直接取得する主記憶として機能する）の支配的な形式でした。

IBMは、磁気テープなどのシーケンシャルアクセスストレージとは異なり、HDDをランダムアクセスストレージとも呼んでいたと思います。違いは、カセットテープとビニールレコードに匹敵します。最後の曲に到達する前にテープ全体を巻く必要がありますが、レコード上の任意の場所にピンを再配置してそこから聴き始めることができます。