コンピュータがデータを管理および保存する方法を理解することは、ユーザーと開発者の両方にとって重要です。このレッスンでは、メモリ管理とストレージの主要な概念を取り上げ、ソフトウェアがこれらのリソースをどのように利用するかを検討します。
本質的に、コンピュータ メモリは、プロセッサがすばやくアクセスできるようにデータが一時的に保存される場所です。コンピュータ内のメモリの主な種類は、ランダム アクセス メモリ (RAM) と読み取り専用メモリ (ROM) です。
RAM は揮発性であり、電源が入っている間のみデータを保持します。一方、ROM は不揮発性であり、頻繁に変更されないシステムのファームウェアなどの重要なデータを保存します。
メモリ管理は、コンピュータのメモリを制御および調整し、ブロックと呼ばれる部分をさまざまな実行中のプログラムに割り当てて、全体的なパフォーマンスを最適化するプロセスです。
オペレーティング システムがプログラムにメモリを割り当てる方法はいくつかあります。
動的割り当ては、さらにスタック割り当てとヒープ割り当てに分けられます。スタック割り当ては高速ですが、サイズが制限されています。一方、ヒープ割り当てはより柔軟ですが、C や C++ などの言語では手動での管理が必要です。
仮想メモリは、RAM 内に完全に収まらないプロセスの実行を可能にする技術です。ハードディスクの一部を一時ストレージ、つまりスワップ領域として使用することで、使用可能なメモリを拡張します。
オペレーティング システムは仮想メモリをページに分割し、各ページは必要に応じて個別に RAM に取り込むことができます。仮想メモリのサイズを計算する式\( \textrm{仮想メモリ} = \textrm{RAMサイズ} + \textrm{スワップスペース} \)です。
Java や Python などのプログラミング言語では、メモリ管理は多くの場合、ガベージ コレクションと呼ばれるプロセスを通じて自動化されます。このプロセスは、プログラムで使用されなくなったオブジェクトに割り当てられたメモリを自動的に回収します。
RAM 内の一時的なデータ ストレージに加えて、アプリケーション、ファイル、オペレーティング システム自体のための永続的なデータ ストレージが必要です。ストレージ デバイスには主に 2 つの種類があります。
ファイル システムは、これらのデバイスに保存されているデータを管理および整理するために使用されます。一般的なファイル システムには、Windows の場合は FAT32、NTFS、Linux の場合は EXT4 などがあります。
ファイル システム内のデータは、ルート ディレクトリから始まる階層構造で編成されます。各ファイルまたはディレクトリには、名前、サイズ、権限などの属性を設定できます。
RAID (Redundant Array of Independent Disks) は、複数のストレージ デバイスを 1 つのストレージ ユニットとして使用し、データの冗長性とパフォーマンスの向上を実現するテクノロジです。RAID には複数のレベルがあり、それぞれパフォーマンスと冗長性のバランスが異なります。
クラウド ストレージを使用すると、ユーザーはインターネット経由でアクセスできるリモート サーバーにデータを保存できます。スケーラビリティ、データの冗長性、インターネット接続があればどこからでもアクセスできる利便性を提供します。
効率的なメモリ管理と適切なストレージ ソリューションは、コンピュータ システムをスムーズに動作させるために不可欠です。RAM での一時的なデータ ストレージから SSD やクラウド サービスでの長期的なデータ ストレージまで、これらの概念を理解することは、デジタルの世界をナビゲートするために不可欠です。
