今回は、コンピューターの5台装置の一つである補助記憶装置について解説します。
コンピューターの5大装置とは？
補助記憶装置とは
補助記憶装置とは、コンピューターのプログラムやデータを永続的に保存する記憶装置です。似たようなものに主記憶装置というものがあります。どちらもデータを保存する記憶装置という点では同じですが、用途が異なります。
主記憶装置は、小容量で電源が切れると記憶内容が消失する揮発性の特徴があります。一方、補助記憶装置は主記憶に比べてアクセス速度は遅いですが、大容量・安価で、電源が切れても記憶内容が消えない不揮発性の特徴があります。補助記憶には、【主記憶を補う】という意味があります。
主記憶装置をはじめとするメモリについてはこちらをご覧ください。
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磁気ディスク装置とは
磁気ディスク装置とは、磁性体を塗った円盤状のディスクにデータが記録され、磁気ヘッドを移動させながらデータを読み書きする補助記憶装置です。アクセス速度とデータ転送が比較的高速で、数十GB～数TBと大容量です。通常、プログラムやアプリケーション、データなどは、磁気ディスク装置に保存されています。ハードディスクとも言い、PC上のエクスプローラーから保存されている内容を確認することが出来ます。
ディスクは複数枚で構成されており、それぞれのディスクの表面には、データを記録する最小単位であるセクタがあります。そのセクタがいくつか集まって同心円状のトラック、トラックがいくつか集まって一面を構成しています。さらに中心から等距離にあるトラックの集まりをシリンダと言います。
この記録方式はセクタ方式と呼ばれており、データをセクタ単位で読み書きします。データが一つのセクタに収まらない場合は複数のセクタにまたいで記録します。また、一つのセクタには複数のデータを書き込むことはできません。余った部分は何も記録されない無駄な領域になります。フードコートに3人で行って、4人席に座ると余った一席は誰も使わないみたいなイメージです。
アクセス時間とは、CPUがデータの読み書きの命令を出してから、データの読み書きが終わるまでの時間のことです。磁気ディスクのアクセス時間は、複数のプロセスの和で求まります。
- 位置決め時間
- 回転待ち時間
- データ転送時間
位置決め時間とは、磁気ヘッドを目的のデータが存在するトラックまで移動させるのに要する時間です。シーク時間とも呼ばれています。アクセス開始時の磁気ヘッドの位置と目的のデータのトラックの位置によって時間が異なります。そのため、通常は平均位置決め時間が用いられます。
回転待ち時間とは、目的のデータが磁気ヘッドの位置まで回転してくるのを待つ時間です。サーチ時間とも呼ばれています。目的データが存在するトラックに位置決めしたとき、偶然目的データが回ってくれば最も時間がかかりません。しかし、ちょうど目的データを通り過ぎてしまったところだと、最も時間がかかってしまいます。そのため、通常は平均回転待ち時間が用いられます。また、先ほどの位置決め時間と回転待ち時間の和を、待ち時間とも呼びます。
データ転送時間とは、目的のデータが磁気ヘッドを通り過ぎるのに要する時間です。読み書きの動作が開始してから、終了するまでの時間といった方がイメージしやすいかもしれません。
フラグメンテーションとは、磁気ディスク装置にデータの追加や削除を繰り返した際に、データが連続した領域に保存されなくなる現象のことです。
磁気ヘッドの移動が頻発することで、アクセス時間が遅くなります。
これも先ほどのように例えますが、奇数人でフードコートに行く人が多いと余る席が増えるといった感じです。そういった席が増えると、新しく来た人は席を探すのに時間がかかりますよね。
そしてこのフラグメンテーションを解消することを、デフラグと言います。
断片化したデータを連続した領域に再配置します。
フラッシュメモリとは
フラッシュメモリとは、電気的に全部または一部分を消去して内容を書き直せる半導体メモリのことです。大容量で、アクセス速度が速く、コンパクトなので、ラップトップやスマートフォンなどの媒体として利用されています。代表的なものとして、USBメモリやSDカードが挙げられます。
SSDとは
SSDとは、フラッシュメモリを用いた、磁気ディスク装置の代わりとなる記憶媒体のことです。SSDには、磁気ディスク装置のような位置決めや回転待ちといった機械的な動作がありません。そのため静音で振動や衝撃に強く、消費電力が小さい、アクセス速度が速いなどの特徴があります。しかし、HDDに比べて高価です。
光ディスクとは
光ディスクとは、レーザ光を使ってデータを読み書きする記憶媒体のことです。大容量・安価で耐久性に優れています。CDやDVD、BDなどが挙げられます。
まとめ
今回は、コンピューターの5台装置の一つである補助記憶装置について解説しました。主に磁気ディスクについて解説し、セクタなどの構造、書き込みの時間などについて触れました。補助記憶装置には、磁気ディスク装置以外にも、フラッシュメモリやSSDなど様々な装置がありました。
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