PA（ピーエー）

2025年10月14日

PA（ピーエー）

英語表記: PA (Physical Address)

概要

PAとは、コンピュータのメインメモリ（主記憶装置）において、データやプログラムが実際に格納されている「物理的な場所」を一意に特定するためのアドレス情報のことです。これは「物理アドレス（Physical Address）」の略称であり、私たちが学んでいる「メモリ管理ユニット（MMU）」が扱う最も重要な出力結果となります。CPUが発行する抽象的なアドレス（仮想アドレス）を、MMUが変換処理することによって、最終的に実メモリ上の具体的な位置を示すために利用されるアドレスなのです。

詳細解説

PAの概念は、「コンピュータの構成要素」における「制御装置」の一部である「メモリ管理ユニット（MMU）」の機能そのものを理解する上で、欠かせない要素です。PAがどのように機能し、なぜそれがシステムにとって重要なのかを詳しく見ていきましょう。

PAの役割と仮想アドレスとの対比

現代のOSは、複数のプログラムを同時に実行するマルチタスク環境が主流です。このとき、それぞれのプログラムは、自分がメモリ全体を占有しているかのように動作します。プログラムが参照するアドレスを「仮想アドレス（VA）」または「論理アドレス（LA）」と呼びますが、これはあくまでもプログラムから見た、論理的な住所です。

しかし、実際にデータが格納されている物理メモリ上には、複数のプログラムのデータが混在しています。この物理メモリ上の実住所こそがPAです。

PAの役割は、このVA/LAを、物理的なメモリチップ上の特定のバイト位置に正確に対応付けることです。もしこの変換がなければ、プログラムは物理メモリの配置を常に意識しなければならず、プログラマの負担が増大し、メモリの効率的な利用も難しくなってしまいます。PAは、仮想記憶システムという高度な仕組みを成立させるための「最終的な実体」を指し示す、非常に重要な概念なのです。

MMUによるPAの生成プロセス

PAは、MMUが中心となって生成・管理されます。MMUは、CPUからの命令（VA/LA）を受け取ると、以下の手順でPAを導き出します。

VA/LAの受け取り: CPUは、実行中のプログラムがアクセスしたいメモリ領域のVA/LAをMMUに送ります。
ページテーブルの参照: MMUは、OSが管理している「ページテーブル」を参照します。ページテーブルには、「どのVA/LAの範囲」が「物理メモリのどのPAの範囲」に対応しているか（マッピング情報）が記録されています。
高速キャッシュ（TLB）の利用: アドレス変換は非常に頻繁に行われるため、MMUはTLB（Translation Lookaside Buffer）という専用の高速キャッシュを持ち、よく使われる変換情報を一時的に保持しています。まずTLBをチェックすることで、変換処理を大幅に高速化しています。この仕組み、本当に賢明ですよね。
PAの確定: ページテーブルまたはTLBから対応するPAが特定されます。
メモリへのアクセス: 確定したPAがメモリコントローラへ送られ、データの実体が読み書きされます。

このプロセスを通じて、MMUはVA/LAをPAに変換するだけでなく、そのPAへのアクセスが正当であるか（メモリ保護）も同時にチェックしています。これが、制御装置（MMU）がシステムの安定性を保つ上で極めて重要な理由です。

制御装置としてのPA管理の重要性

PAの管理は、単なる場所の特定に留まりません。制御装置（MMU）は、PAを管理することで、メモリの共有と保護を両立させています。

例えば、あるプログラムAが、誤って他のプログラムBのデータが格納されているPAにアクセスしようとした場合、MMUはこの不正なアクセスを検知し、アクセスを拒否します。これにより、バグや悪意のあるプログラムによるシステム全体の破壊を防ぐことができるのです。PAは、物理的なリソースを安全かつ公平に利用するための、セキュアな境界線としての役割も果たしているわけです。