运行没有RAM的计算机？[重复]

我在阅读有关CPU提取时间的文章，发现与访问硬盘相比，CPU从RAM访问数据所需的时间要少得多，并且存在RAM用于存储执行程序的信息和数据。

然后我想知道仅使用硬盘但不使用RAM时会发生什么情况？

在某个时候，这成为什至算作“ RAM”的问题。许多CPU和微控制器都具有大量的片上内存来运行小型操作系统，而没有连接单独的RAM芯片。实际上，这实际上在嵌入式系统领域相对普遍。因此，如果您仅指的是没有连接任何单独的RAM芯片，那么可以，您可以使用许多当前的芯片，尤其是为嵌入式世界设计的芯片来实现。我是在工作中亲自做的。但是，由于可寻址的片上存储器和单独的RAM芯片之间的唯一真正区别只是位置（并且显然是延迟），因此将片上存储器本身视为RAM是完全合理的。如果您将其计为RAM，那么当前的数量

如果您指的是普通PC，否，没有连接单独的RAM棒就无法运行它，但这仅是因为BIOS设计为不尝试在未安装RAM的情况下进行引导（这反过来是因为现代PC操作系统需要运行RAM，特别是因为x86机器通常不允许您直接寻址片上内存；它仅用作高速缓存。）

最后，正如Zeiss所说，除了几个寄存器外，没有任何理论上的理由说明您不能将计算机设计为完全没有RAM。RAM的存在仅仅是因为它比片上内存便宜，而且比磁盘快得多。现代计算机的存储器层次结构从大但慢到非常快而小。普通的层次结构是这样的：

• 寄存器-非常快（可以直接由CPU指令进行操作，通常没有额外的延迟），但是通常非常小（例如64位x86处理器内核只有16个通用寄存器，每个寄存器都可以存储一个通用寄存器）单个64位数字。）寄存器的大小通常很小，因为每个字节的寄存器非常昂贵。
• CPU缓存-仍然非常快（通常为1-2个周期的延迟），并且比寄存器大得多，但仍然比普通DRAM小得多（并且快得多）。每字节CPU缓存的成本也比DRAM高得多，这就是为什么它通常要小得多的原因。同样，许多CPU实际上甚至在缓存中也具有层次结构。除了较大和较慢的缓存（L3）外，它们通常具有更小，更快的缓存（L1和L2）。
• DRAM（大多数人认为是“ RAM”）-比缓存要慢得多（访问延迟往往要几十到数百个时钟周期），但是每字节便宜得多，因此通常比缓存大得多。DRAM仍然比磁盘访问快很多倍（通常快几百到几千倍）。
• 磁盘-它们又比DRAM慢得多，但通常每字节便宜得多，因此要大得多。此外，磁盘通常是非易失性的，这意味着即使在进程终止之后（以及在计算机重新启动之后），磁盘也允许保存数据。

请注意，内存层次结构的全部原因仅仅是经济学。没有理论上的原因（至少在计算机科学领域内如此），为什么我们在CPU芯片上不能拥有TB的非易失性寄存器。问题在于，它的建造极其困难且昂贵。层次结构的范围从少量的非常昂贵的内存到大量的廉价内存，使我们能够以合理的成本保持快速的速度。

从理论上讲，设计一台计算机时只需很少的内存（只有几个寄存器的值）或没有RAM（查找图灵机的定义），这实际上可以在适当的大型/快速实施的Conway's Life中构建。模拟）。

首先，所有现实世界中的计算机都使用RAM的原因是历史悠久的：核心内存（RAM的原型，只有半易失性）大大早于大容量存储，例如磁鼓或磁盘（尽管它确实是在打孔卡和纸带之后出现的）前者的原始形式可以追溯到1801年（是的，是19世纪初；提花织机使用打孔卡自动编织具有任意复杂度的颜色图案，甚至在Babbage Difference Engines或Hollerith制表器之前数十年）；其次RAM（如核心内存）是电子的，它比任何依靠存储介质的物理移动将数据呈现给读/写机制的设备都快得多。

对于没有RAM的现代Windows或Linux计算机（类似于真正的Turing机器）而言，其系统或类似的复杂性，仅需几天即可启动，而要花几小时的时间才能更新具有现代分辨率的图形界面的屏幕。即使是与CP / M或DOS早期版本相当的纯文本操作系统，也要花费很长时间才能到达初始命令提示符。

您可以，因为x86 CPU启动时，二级缓存最初是用作缓存的SRAM。因此，您可以编写自己的BIOS以便不初始化RAM，而仅将CPU内部的少量SRAM用作RAM，而不使用L2 / L3高速缓存。

只需阅读CPU制造商的BIOS准则。

所有现代的标准通用CPU从根本上来说都是这样工作的：

• CPU维护一个寄存器，该寄存器指向其地址空间中的下一条指令
• CPU获取该地址空间中的任何内容并递增该寄存器
• 如果指令需要其他信息，例如目标地址或其他操作数，则也会提取该信息
• CPU执行指令
• 如果指令是跳转，调用，返回，中断返回或分支，则可能会修改指向下一条指令的寄存器。
• 重复

CPU获取该地址空间中的任何内容并递增该寄存器

在地址空间中可以“生存”什么？

• 一无所有（可以返回零，随机数据或导致CPU锁定）
• RAM（主板RAM，来自PCI设备（例如图形适配器）的RAM等）
• 只读存储器
• I / O设备的寄存器（包括“内部I / O设备”，如CPU的本地APIC）
• 现代CPU允许“将缓存作为RAM”，因此一部分CPU缓存可以出现在地址空间中

请注意，“硬盘”不在该列表中。硬盘未直接连接到CPU。数据通过连接到CPU的I / O设备（SATA主机适配器）往返硬盘。

I / O设备使用DMA将数据加载到硬盘或从硬盘保存数据。这意味着I / O设备本身直接读取/写入RAM，而无需CPU干预-并且还依赖于RAM。但是，如果I / O设备尚未将数据加载到RAM中，则CPU没有机会看到它。

因此，您不能让CPU直接从硬盘上获取指令。

页面错误期间发生的情况是：

• CPU尝试访问在本地CPU页表中标记为换出的内存页（该页始终存在于RAM中）。
• 这种访问会导致CPU中出现页面错误异常。
• 现在处于内核模式的CPU查看其他进程试图访问的页面。
• 内核注意到用户进程正在尝试访问换出的页面，并调用普通的I / O进程从磁盘换回该页面。 这与从磁盘加载/保存任何其他数据时将使用的过程相同。 没什么不同，只是因为CPU正在交换内存中进行分页。
• 然后，CPU将控制权交还给被中断的进程，该进程继续进行，好像什么都没发生。

因此，由于内存已换出，需要从磁盘获取数据的CPU也不例外。

个人计算机需要运行RAM。从硬盘启动的每个应用程序都将在执行之前首先复制到RAM。

因此，如果您的计算机中没有RAM，则计算机将无法启动，可能会发出几声警告音，让您知道没有安装任何RAM。

计算机将无法运行。RAM是主板成功发布的重要组成部分。当不存在或损坏RAM时，许多主板通常会发出蜂鸣声代码以指示在哪里进行故障排除。

实际上，至少在两种情况下，您可以在没有技术上称为RAM的情况下运行计算机

1. 第一台旧的机械“计算机”（Konrad Zuse的构造和Charles Babbage的计算机是没有RAM的机械设备，仍称为计算机）

2. 没有RAM且只有带有寄存器的处理器（芯片）的现代计算机。在大多数情况下，处理器上具有SRAM（高速缓存存储器），但是最快的计算机存储器称为芯片上的寄存器，从技术上讲，芯片上的寄存器不是RAM。

它只是不会运行。主板很可能会以一种不寻常的方式发出提示音并关闭。如果您没有足够的RAM，即使Windows XP甚至没有128MB，它也会拒绝安装（实际上是在旧计算机上尝试过的；其中一个芯片未正确放置）。因此，使用当前设置是不可能的。即使您可以禁用主板检查，CPU也无法直接从硬盘读取数据，并且每次操作都需要RAM。

我猜，从理论上讲，有可能构建一台仅使用很少或不使用RAM的机器，但是效率很低。