半導体のキホン（FE用語辞典）

半導体の定義は、電気を通す導体と通さない絶縁体の中間的性質を持つ物質です。温度を変えたり、不純物を混ぜたりすることで電気抵抗が変化するのです。原料は主にケイ素（シリコン）であり、この半導体を「半導体メモリ」として活用することでコンピュータの記憶装置を作っています。

半導体メモリ

半導体を使った半導体メモリは、分かりやすく言えば「0と1の入れ物の集合体」です。これをメモリセルといい、半導体メモリには無数のメモリセルが存在します。

半導体メモリの分類は以下のようになっています。詳しく説明していきますね。

第一に、半導体メモリはRAMとROMに分類できます。同じ電気関係ですが、『うる星やつら』のラムちゃんとRAMは無関係です（アグネス・ラムが由来だそう）。
RAM（Random Access Memory）は揮発性メモリであり、これは電源が切れるとデータが消滅してしまう半導体メモリを指します。一方ROM（Read Only Memory）は不揮発性メモリであり、電源を切ってもデータが保持される半導体メモリです。

RAM

RAMにはDRAMとSRAMの2種類があります。

DRAM（Dynamic RAM）

絶えずリフレッシュを繰り返し続けているRAMのこと。ちなみに、揮発性メモリのデータが飛ばないように電荷を加え続けることをリフレッシュといいます。常にリフレッシュを行なっているのでDynamic（動的）という名称がついています。DRAMは主記憶装置で使われる半導体メモリで、メリットはデータ容量の大きい半導体メモリを安く作れること、デメリットは常にリフレッシュを行わないとデータが消えてしまうことです。

SDRAM（Synchronous DRAM）

DRAMの種類であり、Synchronousとは「同期」という意味です。これはSDRAMがクロック周波数と同期して動作するDRAMであることに由来します。クロックはコンピュータの指揮者（あるいはメトロノーム）のような役割です。CPUもクロックに合わせて命令をしますが、他にもあらゆる装置はクロックに合わせて動作します。SDRAMはクロックと同期せずに動いていたDRAMよりも高速に動作します。

コンデンサ

主記憶装置に使われることの多いDRAMは、メモリセルがコンデンサで作られています。コンデンサとは、電気を蓄えることができる電子部品です。コンデンサは安価なためデータ容量の大きい半導体メモリを安く生産することができますが、1秒間に何度も充電しないとデータが消えてしまいます。

SRAM（Static RAM）

Staticは「静的な」という意味で、その名の通りリフレッシュする必要のないRAMです。リフレッシュが不要な分、DRAMより高速に動作します。そのため、主記憶装置より高速に動作するキャッシュメモリに使用されます。SRAMの使用メリットはその速度にありますが、値段が高いのがデメリットです。

フリップフロップ回路

キャッシュメモリに使われることの多いSRAMは、メモリセルがフリップフロップ回路で作られています。フリップフロップ回路とは、1ビットの情報（0か1という情報）を保存できる順序回路です。順序回路とは、現在の入力だけでなく過去の入力で出力が決定する回路です。フリップフロップ回路は高電圧と低電圧の2つの安定状態を持ち、高電圧は1、低電圧は0を表します。フリップフロップ回路の特徴は、電圧を保持し続けられる点です。

ROM

ROMには多様な種類がありますが、大切なのはフラッシュメモリの存在です。

フラッシュメモリ

フラッシュメモリは電気的にデータの書き換えができるROMです。ROMの中には、既にデータが記録され書き換えられない読み出し専用のROMもありますが、フラッシュメモリは利用者がデータを書き換えることができます。SSDやUSBなど身近な記憶装置にフラッシュメモリは使われています。フラッシュメモリのデータ読み書きはページ（ビットの集合）単位で行われ、データ消去はブロック（ページの集合）単位で行われます。