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キャッシュメモリ (cache memory)

pointこの用語のポイント

pointメモリだよ

pointメインメモリよりも容量が小さいけど高速だよ

pointよく使うデータを置いておくよ

pointCPUさんをお待たせしないための仕組みだよ

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簡単に書くよ

キャッシュメモリ (cache memory)とは

CPUとメインメモリの仲立ちをする役割のメモリ(メモリ:仕事中の内容を記憶させておくパソコンさんの部品)
であり

メインメモリよりも容量が少ないけど高速なメモリ
であり

よく使うデータを置いておくためのメモリ
です。

image piyo

詳しく書くよ

キャッシュ」+「メモリ」で「キャッシュメモリ」です。

キャッシュメモリ

キャッシュは「お待たせしないために前もって用意しておく仕組み」ね。

例えば、定食屋さんで「今日のランチ」とかあるじゃないですか。
あれは料理をあらかじめ用意しておくことで、お待たせする時間を短縮しています。

それと同じイメージです。
処理時間を短縮する目的で、よく使うものを、すぐ取り出せるようにしておく仕組みが、キャッシュです。

キャッシュメモリ2

メモリは「パソコンさんが作業するときに使う机」です。

キャッシュメモリ3

物としては、緑色の長方形に黒い四角が何個かくっついた板です。
パソコンさんが仕事中の内容を記憶させます。

キャッシュメモリ4

以上を踏まえて、キャッシュとしての役割を果たすメモリが、キャッシュメモリです。
よく使う物を広げておくためにある作業机ですね。

キャッシュメモリ5

いまいちイメージが湧かないと思いますが、大丈夫です。
もう少し細かく見ていきます。

まずは、普通のメモリの役割から説明しますね。
普通のメモリは「メインメモリ」とも呼ばれます。
キャッシュメモリと区別したいので、本ページでも以降は「メインメモリ」と表現します。

メインメモリの役割は、CPUとその他の記憶装置の仲立ちです。

コンピュータさんがお仕事をするとき、ハードディスクCDに保管してあるデータをメインメモリに渡します。

キャッシュメモリ6

そして、メインメモリがCPUとやり取りすることによって、CPUに必要なデータが渡ります。

キャッシュメモリ7

わざわざ、このような手順を踏むのは、ハードディスクとかCDが鈍くさいからです。

CPUは動きが速いので「あれ、くれ」「これ、くれ」とサクサク指示を出します。

キャッシュメモリ8

ハードディスクとかCDは鈍くさいので、その指示についていけないのですね。
その結果、CPUはハードディスクとかCDがデータを用意するのを待つことになります。
CPUはイライラしそうですね。

キャッシュメモリ9

それに対して、メインメモリは素早いです。
CPUの指示についていけます。

キャッシュメモリ10

そこで、CPUがお仕事を始める前に、ハードディスクやCDの中身をメインメモリが預かっておくのです。
CPUとのやり取りはメインメモリがやります。

キャッシュメモリ11

これで、CPUはストレスを感じることなく、ハードディスクやCDの中身を使えます。
あらかじめハードディスクやCDの中身を受け取ったメモリが、CPUの欲しい物をサクサク渡してくれるからです。

キャッシュメモリ12

このように、CPUとその他の記憶装置の仲立ちをするのが、メインメモリのお仕事です。
メインメモリは、鈍くさいハードディスク(とかCDとか)と、せっかちなCPUさんの仲を取り持ちます。

ただし、ですね。

技術の進歩と共にCPUさんの性能も良くなりました。
言い方を変えると、CPUさんが今まで以上にせっかちになったのです。

その結果、メインメモリさんでもCPUさんの要求に、ついていけなくなりました。

キャッシュメモリ13

そこで登場したのがキャッシュメモリです。

キャッシュメモリは、メインメモリよりも、かなり容量が小さいです。
その代わり、メインメモリよりも高速にあれこれできます。

その性能を活かして、メインメモリの代わりに、CPUとやり取りすることにしたのです。

キャッシュメモリ14

先ほども説明しましたが、コンピュータさんがお仕事をするとき、ハードディスクやCDに保管してあるデータをメインメモリに渡します。

キャッシュメモリ15

ハードディスクやCDに保管してあるデータを受け取ったメインメモリは、その中でもよく使うデータをキャッシュメモリに渡します。

キャッシュメモリ16

そして、キャッシュメモリがCPUとやり取りすることによって、CPUに必要なデータが渡ります。

キャッシュメモリ17

キャッシュメモリは、メインメモリよりも高速です。
その分、CPUをイライラさせなくて済む理屈です。

ここまでの説明で何となくイメージが湧いたでしょうか?

実は、ここまでの説明はウソです……と言うほどウソでもないですが、微妙に流れが違ったりもします。

さらに正確な説明も書いておきましょう。

流れとしては、まず、CPUさんが欲しいデータを取り出そうとするところがスタートです。

キャッシュメモリ18

欲しいデータがあるCPUさんは、キャッシュメモリさんに対して「ねぇねぇ、このデータ持ってる?」と聞きます。

キャッシュメモリ19

データをキャッシュメモリさんが持っていれば、それで終わりです。
キャッシュメモリさんからCPUさんにデータが返されます。

キャッシュメモリ20

データをキャッシュメモリさんが持っていなければ、仕方がありません。
メインメモリさんからデータを持ってきます。

キャッシュメモリ21

ここで話は終わりません。
メインメモリさんからデータを持ってきたCPUさんは、キャッシュメモリさんに「おまえも、これ持っておいて」と渡します。

キャッシュメモリ22

これでメインメモリの内容がキャッシュメモリに移りました。
次回からはキャッシュメモリから同じデータが取り出せます。
2回目以降(キャッシュメモリから取得)は、1回目(メインメモリから取得)よりも速くなる理屈です。

今回は、メインメモリからキャッシュメモリに対する読み込みの流れを説明しました。
実際には、キャッシュメモリからメインメモリに対する書き込みもあります。

つまり、実際の仕組みは、もっと複雑だったりします。
さらに具体的なことは、他のところで勉強してください。

image piyo2

一言でまとめるよ

まぁ「キャッシュメモリ」って単語が出てきたら「よく使うデータを置いておくための容量が少ないけど高速なメモリなんだな~」と、お考えください。

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