物理メモリと仮想メモリの違い【中編】

メモリが小さくてもパフォーマンスが落ちない「仮想メモリ」の謎

仮想メモリとは、現代の効率的なコンピューティングの基礎を成す技術の一つだ。メモリが不足してもパフォーマンスが落ちないその仕組みとは、どのようなものなのか。

公開 2025年01月22日 07時32分

更新 2025年01月22日 16時09分

著者

Jim Handy

[TechTarget]

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　コンピュータが搭載するメモリには、両立し難い2つの問題が付いて回る。1つ目はコスト。2つ目はシステムの動作速度（パフォーマンス）だ。一方を優先すれば、もう一方を犠牲にせざるを得なくなる。「仮想メモリ」とは、この問題を解消するための仕組みなのだが、どうすればメモリが不足しているのにパフォーマンスの劣化が起きずに済むのか。その仕組みを解説する。

なぜメモリ不足でもパフォーマンスが落ちないのか

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　容量のより小さなメモリを選択すれば、コストを抑えることはできる。だが通常は、それではコンピュータの動作が遅くなるといったパフォーマンスの劣化を招く。この問題を解消するために生まれたのが、アプリケーションのプログラムに「実際よりも大きなメモリ容量がある」と思い込ませる仕組みだ。

　1960年代、コンピュータ設計者たちがコンピュータの処理を高速化するためのさまざまな試みを実施する中、一部のコンピュータ設計者は、プログラムからは見えないストレージとメモリを連動させる仕組みを採用して処理の高速化を図った。

　仮想メモリにおいては、プログラムが1つのメモリアドレス空間（メモリアドレスによってアクセスできるメモリ領域）にアクセスすると、そのアドレス空間にあるべきデータがストレージからメモリにコピーされる。そのデータは、不要になるまでメモリにとどまる。不要になったデータは再びストレージに戻されることによって、メモリに空き容量が生まれる。

　メモリとストレージが連動して動作するのを成り立たせているのが、仮想メモリと呼ばれる仕組みだ。仮想メモリは、「ストレージと同じ大きさのメモリがある」とプログラムに思い込ませるようにする。

　仮想メモリと呼ばれるのは、ストレージや物理メモリを「利用可能な実際のメモリアドレス空間」だと仮想的に見なすからだ。仮想メモリという言葉ができたことで、それとは区別するために物理メモリという名称が普及した。

　次回は、CPUがなぜメモリの容量を「ストレージほどに大きい」と思い込むのかを解説する。

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Jim Handy

エレクトロニクス業界で30年以上の経験を持つ、半導体とSSDのアナリスト。うち14年間は、IT分野の調査を手掛けるDataquest（1995年に調査会社Gartnerが買収）、半導体市場の調査を実施するSemico Researchでアナリストとして勤務。Intel、National Semiconductor、Infineonなどの半導体メーカーでマーケティングと設計を担当した経歴もある。