64位操作系统，64位CPU，加SSD硬盘，是不是就可以省去内存，让CPU直接读取硬盘里的数据？

会员1138284 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

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很久之前就有这个疑问/设想。起初电脑有内存是因为硬盘的存取速度慢（因为是机械硬盘）、32位的寻址空间不够。现在这两个都已经被解决了，那是不是可以设计一个没有内存的电脑，让CPU直接读写硬盘里的数据。硬盘中也可以有一个空间用来swap，放临时变量之类的。问题是，这里面有什么问题吗？还是有些问题我不知道，这仅仅是我的异想天开？谢谢

�*** · 发表于 2017-11-17 11:24:11

楼主给你看一张图，这是计算机设备各自访问速度
1s(秒) = 1000ms(毫秒) = 1000000 s（微妙） = 1000000000 ns(纳秒)

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CPU 1级缓存 ......................... 0.5 ns 分支预测 ............................ 5 ns CPU 2级缓存 ......................... 7 ns 互斥锁加锁/释放锁 .................... 25 ns 主内存 .............................. 100 ns 压缩1K数据 ............. ............ 3,000 ns = 3 s 在1G带宽中发送2K数据 ................ 20,000 ns = 20 s SSD硬盘随机读取...................... 150,000 ns = 150 s 主内存中顺序1M数据 ................... 250,000 ns = 250 s 同一个数据中心来回 ................... 500,000 ns = 0.5 ms SSD中顺序读取1M数据 ................. 1,000,000 ns = 1 ms 硬盘寻址............................ 10,000,000 ns = 10 ms 硬盘顺序读取1M数据 .................. 20,000,000 ns = 20 ms 从加拿大发送数据到荷兰再回到加拿大 ... 150,000,000 ns = 150 ms
题主你说的内存应该是指第5项，而ssd硬盘访问是第8项，你看他们访问速度差了1500倍，题主你觉得你的论题还成立吗

文献引用：Every Programmer Should Know These Latency Numbers - DZone Performance

会员1138326 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

1. SSD的IOPS还远远赶不上内存。

一般民用的SSD的IOPS（每秒处理的IO个数）都不高，企业级一般在几十万左右，到百万的很少，最高据说有人造出过900万IOPS的SSD，但是估计民用困难，写比读IOPS要低的多。

内存的IOPS不好算，跟时序有关，但内存的不同bank理论上是可以并发的，多通道速度也可以叠加，算下来内存的IOPS上百万很轻松，千万次估计也不难（看总线设计），搞好的情况下没准可以上亿次（但可能无实际使用价值）。

2. SSD寻址单位太大。

内存可以单字节寻址，SSD一般是一个扇区或者一个数据块（Page，4K-256K不等，看具体芯片），而内存可以单字节寻址，差距太大了，除非给SSD再装上一层缓存，但这样SSD的意义就不大了，缓存可能要很大。

3. SSD读写速度与内存有数量级上差别

顶级的SSD读写速度能上G，但普通内存就可以轻松上G

基本就这几个原因，其中1、2条很致命。

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补充一点，嵌入式领域有直接拿flash当内存的，准确的说是可执行代码不读进内存，直接在flash上跑，但堆栈之类的动态数据还是用内存的。SSD不当内存用的主要原因还是成本太高，能达到内存读写速度的SSD不是没有，但太贵了，整套方案实现起来不现实。

不排除未来会有技术的进步，但如果内存能被SSD替代，那么肯定也会有更快的东西出现。

会员1138334 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

“起初电脑有内存是因为硬盘的存取速度慢（因为是机械硬盘）、32位的寻址空间不够。”
啥？谁告诉你的？你这个前提就是错误的，所以所有推论都无意义。

在连机械硬盘他爹都不知道在哪里的时候，就已经有内存。所以跟机械硬盘无关。
在8位机他爹都不知道在哪里的时候，就已经有内存。所以跟32位寻址空间不够无关。

内存的好处是，速度快，延迟低。尤其是后者，非常重要。单纯拼速度，DRAM比SSD高一个数量级。拼延迟的话，DRAM是ns级别的，SSD是ms级别的，差两到三个数量级。CPU的工作依赖于低延迟，否则就得像GPU那样高并行高延迟的方式工作了。

会员1138272 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

SSD还是太慢。
但是你可以反过来，把内存做大，提供独立供电电池，做到关机内存数据不丢。
然后把这个内存叫成硬盘。

会员1138287 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

SSD还是太慢

会员1138319 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

思而不学殆啊

会员1138331 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

大概算了一下，速度相当于当年的SDRAM 100MHz，

无非就是慢点，也没啥

-----------------------
根据
@yang shen
提示，考虑到延时问题，SSD带宽虽然够，但是比起RAM延时要大两三个数量级，用起来那不是慢一点两点的问题....是会慢的要死

会员1138318 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

查一下PCM相变存储。

会员1138286 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

SSD 是有写入寿命的，虽然断电能保存，但目前每个block的极限寿命也就是写入10000次左右。考虑先放入变量的的block，遇到频繁读写的应用，估计个把月换一块，不然也是越用体积越小。

其实SSD也是有cache的，cache一般都用DRAM来实现，聪明的你一定猜到了：
SSD目前的速度不可能比DRAM快了吧, 延迟什么的就更不用说了。

会员1138313 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

其实内存的成本很低的，而且最普通的内存速度基本上是ssd极限速度的40倍。所以给你提供另一个思路。现在的无线网络带宽可以达到400mbps，基本上这个下载速度差不多50MB每秒。而普通的机械硬盘读取速度在110MB每秒。使使劲把硬盘去掉吧，全部使用网络云盘怎么样？

会员1138326 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

你还不如让硬盘自带CPU

会员1138351 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

简单放3张图自己对比吧
Intel 730 480GB的跑分图，730的性能不用多说了吧，这是接近满盘的性能，空盘测试还要高些。

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这是闪迪至尊超极速 480GB的测试，这是空盘性能。

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以上两块盘应该是可以代表SATA盘了，都是绝对旗舰水准的。PCIe+NVMe的盘持续性能、高QD下的随机性能会高些，但是4K QD1的性能不会有太高的提升，目前消费级顶级产品应该是Intel 750，不过我自己没有所以就不上图了，有兴趣的自己搜索下。NVMe的盘我只有一块Intel 600P 256GB，而且因为主板M.2只是X2通道所以也不上图了，没什么本质区别。以上两块盘应该是可以代表SATA盘了，都是绝对旗舰水准的。PCIe+NVMe的盘持续性能、高QD下的随机性能会高些，但是4K QD1的性能不会有太高的提升，目前消费级顶级产品应该是Intel 750，不过我自己没有所以就不上图了，有兴趣的自己搜索下。NVMe的盘我只有一块Intel 600P 256GB，而且因为主板M.2只是X2通道所以也不上图了，没什么本质区别。
这一块内存盘的性能，自己和SSD对比下吧，而且因为要用AS跑分，所以模拟成了硬盘，性能比直接用内存要慢一些，但是也已经足够碾压SSD了。

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下面放两张三星840 Pro 128GB开启内存加速与关闭内存加速的跑分对比
开启RAPID（三星SSD可以用内存进行加速）

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关闭RAPID关闭RAPID

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所以，SSD比内存还是慢太多。现在Intel Optane有种特性就是介于NAND和DRAM之间，不过真正产品还没上市，有兴趣可以自己了解下。所以，SSD比内存还是慢太多。现在Intel Optane有种特性就是介于NAND和DRAM之间，不过真正产品还没上市，有兴趣可以自己了解下。

会员1138327 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

我感觉好像没有DMA的时候，硬盘读写就是CPU重度参与的吧。只不过这是286/386时代的事情了。

会员1138294 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

一个最关键的问题是，ssd不能直接寻址。你读ssd时并不是直接给一个地址，而是要先告诉它读那个block，再读block内的数据。且这些操作都是要靠存在内存里指令实现的。

会员1138331 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

你这个脑洞不仅有人开过，还有人做出来了，那个东西叫做忆阻器（memrister），同时拥有了持久化存储和高速存取的性能。而且别人的脑洞开的更大，修改了整个计算机的架构，自制操作系统等等，这就是HP的 The Machine ，然而因为成本太高，似乎项目失败/延期了。
如果忆阻器的成本降低到能够量产的话，基本上Unix时代也就宣告结束了，很多相关的概念也都不需要了，比如说题主说的swap什么的就都可以扔掉了，直接把内存/硬盘空间映射到虚拟内存里边就能跑了。
顺便一说，最先有的不是硬盘而是内存，硬盘是为了持久化储存数据而出现的，否则的话所有的东西都需要打纸带打出来。

会员1138319 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

把cpu缓存提升到4g，能吊打内存几条街

会员1138352 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

题主，冯诺依曼的棺材板我替你压着呢。

会员1138357 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

这个事情就是重新定义内存就行了嘛。说人话就是把内存改个名字嘛。现在剩下的问题就是解决断电以后信息丢失的问题了。有很多公司，比如IBM，正在致力于解决这个问题。

当然你要是觉得价格也是个问题的话，那就没法聊了。

会员1138287 · 发表于 2017-11-17 11:24:11

硬盘，SSD这些东西都有一个共同的名字叫外部存储器。
外部存储器属于辅助存储器！外部存储器属于辅助存储器！外部存储器属于辅助存储器！
它的功能一般用于永久保存主存中的数据。我们来回顾一下冯诺依曼结构：控制器，运算器，存储器，输入设备，输出设备。对吧？
这里的存储器里其实并不包含辅助存储器，就好像打印机并不是计算机必须的输出设备一样。
实际上，在计算机刚启动，内存还没初始化之前，BIOS(现在是UEFI)里的最初级的程序在CPU中运行，那时候只有寄存器可以用(没错，缓存也没完成初始化)。寄存器也是主存的一种！也是一种内存！这个时候，你意识中的那个内存是还不能工作的！外存更不用说！
别以为只有主板上那个条型的是内存，寄存器(包括通用寄存器，控制寄存器，还有Bios工程师才用得到的调试寄存器)那都是内存～一二三级缓存也都是内存～
现在的x86-64CPU上一般有A0到A63，一共64根地址线(物理线哦，摸得到的，其实就是引脚啦)，D0到D63一共64根数据线。(应该是，好久不做这行忘了)。
所以，，，数据想从外存调入CPU，不好意思没路，得乖乖地从内存走一趟。只有内存才有物理的导线直接拉在CPU上，可以被CPU直接访问。

64位操作系统，64位CPU，加SSD硬盘，是不是就可以省去内存，让CPU直接读取硬盘里的数据？

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