メモリとストレージの違い【メモリはCPUとストレージの潤滑油】

自作PCを組むにあたりパーツについていろいろ勉強していると、メモリとストレージで同じデータを保存するパーツなのに違いは何？なぜ分かれているの？と思うことでしょう。

そこで、メモリとストレージの違いとメモリとストレージに分かれている理由について解説します。

メモリとストレージについての基本的な知識がある前提で解説していきますので、下記の記事を読んだ後に本記事を読み進めると理解が深まるでしょう。

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メモリとストレージの違い

メモリとストレージは、同じデータを記録するためのパーツですが、役割や保存できる期間が違います。

メモリとストレージの違い一覧

メモリとストレージの違いについて項目別にまとめました。

では、1つずつ簡単に見ていきましょう。

役割の違い

メモリは一時的なデータの保存およびアクセスを行います。

現在実行中のアプリケーションやプロセスが必要とするデータを一時的に保存し、CPUが高速にアクセスできるようにします。

主に、アクティブな作業データの保持と迅速なデータアクセスをサポートしています。

一方で、ストレージは長期的なデータの保存を行います。

OSなどのシステムデータ、アプリケーション、写真や動画、オフィスソフトで作成したファイルといったユーザーデータなどを保存します。

揮発性の違い

メモリは揮発性のため、電源が切れると保存されているデータは失われます。

メモリが短期間のデータ保存に最適化されており、パソコンの再起動時にはデータの整合性を取るために、データがリセットされる必要があります。

ストレージは非揮発性で、電源が切れてもデータは保持されます。

長期的なデータ保存のために設計されており、パソコンの再起動後もデータを読み込み、参照することができます。

速度の違い

メモリは、約20～60GB/sと非常に高速にデータを読み書きできます。

この速度は、CPUがデータを迅速に取得して処理するために必要不可欠です。

メモリは低レイテンシ（遅延）で即座にデータにアクセスできるため、システム全体のパフォーマンスが向上します。

また、メモリは高い並列処理能力を持ち、同時に多数のプロセスやスレッドがアクセスしても性能を維持できます。

これに対してストレージは、メモリよりも遅く、一番高速なNVMe SSDでも約3～10GB/sほどです。

ちなみに、SATA SSDは500MB/s、HDDは150MB/sほどと単位から違います。

最近のNVMe SSDのデータ転送速度の高速化は凄まじいものがありますが、それでも一番”高速”なSSD（約10GB/s）と一番”低速”なメモリ（約20GB/s）を比較しても2倍の差があります。

ちなみに、SATA SSDは500MB/s、HDDは150MB/sほどと単位から違います。

ストレージの中ではNVMe SSDは非常に高速ですが、それでもメモリほど速くはありません。

容量とコストの違い

メモリは、高速なデータアクセスを提供するために製造コストが高く、同じ容量あたりの価格も高くなります。

高速で低レイテンシーな動作を実現するための設計が複雑なので、その分製造コストが高いです。

一方で、ストレージは比較的低コストで大容量です。

特にHDDは非常に安価で大容量のデータ保存が可能ですが、最近はSSDのコストが下がりつつあり、性能と容量のバランスが良くなっています。

設計の違い

メモリは、高い並列処理能力と低レイテンシーになるように設計されています。

これにより、多数のアプリケーションやプロセスが同時に実行される場合でも、システムのパフォーマンスを維持することができます。

ストレージは、データの信頼性と持続性が重視され、大容量のデータ保存と長期間の保持ができるように最適化されています。

HDDは大容量のデータ保存に優れ、SSDは高速アクセスと耐久性を兼ね備えています。

ただし、ストレージの並列処理能力は高くないため、多数のプロセスが同時にアクセスすると競合が発生しやすく、レイテンシーが増加します。

耐久性の違い

メモリは、高頻度の書き込みに耐えることができ、頻繁なデータの読み書きが行われるアプリケーションやプロセスでの使用を前提としています。

一方で、ストレージ、特にフラッシュメモリを使用するSSDには書き込み回数に制限があります。

書き込み回数が多くなるとフラッシュセルの劣化が進み、最終的にはSSDの寿命が短くなります。

メモリとストレージを分ける理由

メモリとストレージを分ける理由は、速度差とコスト、そしてCPUとストレージ間の効率的なデータ転送にあります。

CPUには高速かつ迅速なデータのやり取りが必要不可欠

パソコンのパーツであるCPU、メモリ、ストレージ（SSD/HDD）はそれぞれ異なる役割を持っています。

CPUはデータの処理や演算を高速で行いますが、その性能を最大限に発揮するためには、データへの高速かつ迅速なアクセスが必要不可欠です。

メモリは、この要件に応えるために設計されており、CPUが必要とするデータやプログラムを一時的に保存して高速にアクセスできるようにします。

約20～60GB/sと非常に高速にデータを読み書きできるため、CPUの動作速度についていける唯一の記憶装置です。

一方、ストレージはデータを長期間保存するために使用されますが、そのアクセス速度はメモリほど高速ではありません。

そのため、CPUが直接ストレージからデータを読み書きする場合、CPUには待ち時間が発生するため、パソコン全体のパフォーマンスが低下します。

高速なメモリがCPUとストレージ間のクッションの役割をする

高速に動作するCPUに待ち時間が発生しないように、CPUとストレージの間でデータのやり取りを補助するのがメモリです。

高速なCPUと（CPUから見て）低速なストレージの速度差によるパフォーマンス低下を防ぐために、メモリがクッションの役割を果たします。

具体的には、ストレージからデータを読み込む際、まず、メモリにロードされます。

これにより、CPUは必要なデータをメモリから迅速に取得し、処理を続けることができます。

さらに、CPUが頻繁にアクセスするデータやプログラムはメモリに一時的に保存されるため、これらのデータへのアクセス時間が大幅に短縮されます。

頻繁に使うデータはメモリに保存されているため、2回目以降はメモリから必要なデータを読み込むことで、より高速にアクセスすることができます。

そのため、CPUはストレージの遅延の影響を受けずに、高速な処理を維持できます。

また、CPUがデータを処理した後、その結果は一時的にメモリに保存されます。

その後、適切なタイミングでメモリからストレージにデータが書き込まれるため、CPUの処理が中断されることなくスムーズに進行します。

このプロセスにより、CPUとストレージ間のデータ転送が効率的に行われ、パソコン全体のパフォーマンスが最適化されます。

メモリは、高速なデータ転送速度と低レイテンシで、CPUの高速処理をサポートします。

それと同時に、ストレージは大容量のデータ保存と非揮発性によるデータの持続性をサポートします。

メモリとストレージがそれぞれの強みを活かして協力することで、パソコン全体で高速かつ効率的に動作することができます。

まとめ：メモリとストレージは適材適所

メモリとストレージは同じデータを保存するためのパーツですが、違いを見ていくと特徴が全然違うことが分かります。

もう一度表だけまとめておきます。

また、CPUには高速かつ迅速なデータのやり取りが必要不可欠なため、高速なCPUと（CPUから見て）低速なストレージの間に入って、その速度差を埋めるためにメモリがあります。

それぞれの特徴を活かして協力し合うことで、CPUの処理をサポートして、結果としてパソコン全体で高いパフォーマンスを発揮してくれます。

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