64位操作系統，64位CPU，加SSD硬碟，是不是就可以省去內存，讓CPU直接讀取硬碟里的數據？

01-02

很久之前就有這個疑問/設想。起初電腦有內存是因為硬碟的存取速度慢（因為是機械硬碟）、32位的定址空間不夠。現在這兩個都已經被解決了，那是不是可以設計一個沒有內存的電腦，讓CPU直接讀寫硬碟里的數據。硬碟中也可以有一個空間用來swap，放臨時變數之類的。
問題是，這裡面有什麼問題嗎？還是有些問題我不知道，這僅僅是我的異想天開？
謝謝

樓主給你看一張圖，這是計算機設備各自訪問速度

1s(秒) = 1000ms(毫秒) = 1000000 μs（微妙） = 1000000000 ns(納秒)

CPU 1級緩存 ......................... 0.5 ns 分支預測 ............................ 5 ns CPU 2級緩存 ......................... 7 ns 互斥鎖加鎖/釋放鎖 .................... 25 ns 主內存 .............................. 100 ns 壓縮1K數據 ............. ............ 3,000 ns = 3 μs 在1G帶寬中發送2K數據 ................ 20,000 ns = 20 μs SSD硬碟隨機讀取...................... 150,000 ns = 150 μs 主內存中順序1M數據 ................... 250,000 ns = 250 μs 同一個數據中心來回 ................... 500,000 ns = 0.5 ms SSD中順序讀取1M數據 ................. 1,000,000 ns = 1 ms 硬碟定址............................ 10,000,000 ns = 10 ms 硬碟順序讀取1M數據 .................. 20,000,000 ns = 20 ms 從加拿大發送數據到荷蘭再回到加拿大 ... 150,000,000 ns = 150 ms

題主你說的內存應該是指第5項，而ssd硬碟訪問是第8項，你看他們訪問速度差了1500倍，題主你覺得你的論題還成立嗎

文獻引用：Every Programmer Should Know These Latency Numbers - DZone Performance

1. SSD的IOPS還遠遠趕不上內存。

一般民用的SSD的IOPS（每秒處理的IO個數）都不高，企業級一般在幾十萬左右，到百萬的很少，最高據說有人造出過900萬IOPS的SSD，但是估計民用困難，寫比讀IOPS要低的多。

內存的IOPS不好算，跟時序有關，但內存的不同bank理論上是可以並發的，多通道速度也可以疊加，算下來內存的IOPS上百萬很輕鬆，千萬次估計也不難（看匯流排設計），搞好的情況下沒準可以上億次（但可能無實際使用價值）。

2. SSD定址單位太大。

內存可以單位元組定址，SSD一般是一個扇區或者一個數據塊（Page，4K-256K不等，看具體晶元），而內存可以單位元組定址，差距太大了，除非給SSD再裝上一層緩存，但這樣SSD的意義就不大了，緩存可能要很大。

3. SSD讀寫速度與內存有數量級上差別

頂級的SSD讀寫速度能上G，但普通內存就可以輕鬆上G

基本就這幾個原因，其中1、2條很致命。

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補充一點，嵌入式領域有直接拿flash當內存的，準確的說是可執行代碼不讀進內存，直接在flash上跑，但堆棧之類的動態數據還是用內存的。SSD不當內存用的主要原因還是成本太高，能達到內存讀寫速度的SSD不是沒有，但太貴了，整套方案實現起來不現實。

不排除未來會有技術的進步，但如果內存能被SSD替代，那麼肯定也會有更快的東西出現。

「起初電腦有內存是因為硬碟的存取速度慢（因為是機械硬碟）、32位的定址空間不夠。」

啥？誰告訴你的？你這個前提就是錯誤的，所以所有推論都無意義。

在連機械硬碟他爹都不知道在哪裡的時候，就已經有內存。所以跟機械硬碟無關。

在8位機他爹都不知道在哪裡的時候，就已經有內存。所以跟32位定址空間不夠無關。

內存的好處是，速度快，延遲低。尤其是後者，非常重要。單純拼速度，DRAM比SSD高一個數量級。拼延遲的話，DRAM是ns級別的，SSD是ms級別的，差兩到三個數量級。CPU的工作依賴於低延遲，否則就得像GPU那樣高並行高延遲的方式工作了。

SSD還是太慢。

但是你可以反過來，把內存做大，提供獨立供電電池，做到關機內存數據不丟。

然後把這個內存叫成硬碟。

SSD還是太慢

大概算了一下，速度相當於當年的SDRAM 100MHz，

無非就是慢點，也沒啥

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根據

@yang shen

提示，考慮到延時問題，SSD帶寬雖然夠，但是比起RAM延時要大兩三個數量級，用起來那不是慢一點兩點的問題....是會慢的要死

查一下PCM相變存儲。

SSD 是有寫入壽命的，雖然斷電能保存，但目前每個block的極限壽命也就是寫入10000次左右。考慮先放入變數的的block，遇到頻繁讀寫的應用，估計個把月換一塊，不然也是越用體積越小。

其實SSD也是有cache的，cache一般都用DRAM來實現，聰明的你一定猜到了：

SSD目前的速度不可能比DRAM快了吧, 延遲什麼的就更不用說了。

其實內存的成本很低的，而且最普通的內存速度基本上是ssd極限速度的40倍。所以給你提供另一個思路。現在的無線網路帶寬可以達到400mbps，基本上這個下載速度差不多50MB每秒。而普通的機械硬碟讀取速度在110MB每秒。使使勁把硬碟去掉吧，全部使用網路雲盤怎麼樣？

你還不如讓硬碟自帶CPU

簡單放3張圖自己對比吧

Intel 730 480GB的跑分圖，730的性能不用多說了吧，這是接近滿盤的性能，空盤測試還要高些。

這是閃迪至尊超極速 480GB的測試，這是空盤性能。

以上兩塊盤應該是可以代表SATA盤了，都是絕對旗艦水準的。PCIe+NVMe的盤持續性能、高QD下的隨機性能會高些，但是4K QD1的性能不會有太高的提升，目前消費級頂級產品應該是Intel 750，不過我自己沒有所以就不上圖了，有興趣的自己搜索下。NVMe的盤我只有一塊Intel 600P 256GB，而且因為主板M.2隻是X2通道所以也不上圖了，沒什麼本質區別。

這一塊內存檔的性能，自己和SSD對比下吧，而且因為要用AS跑分，所以模擬成了硬碟，性能比直接用內存要慢一些，但是也已經足夠碾壓SSD了。

下面放兩張三星840 Pro 128GB開啟內存加速與關閉內存加速的跑分對比

開啟RAPID（三星SSD可以用內存進行加速）

關閉RAPID

所以，SSD比內存還是慢太多。現在Intel Optane有種特性就是介於NAND和DRAM之間，不過真正產品還沒上市，有興趣可以自己了解下。

我感覺好像沒有DMA的時候，硬碟讀寫就是CPU重度參與的吧。只不過這是286/386時代的事情了。

一個最關鍵的問題是，ssd不能直接定址。你讀ssd時並不是直接給一個地址，而是要先告訴它讀那個block，再讀block內的數據。且這些操作都是要靠存在內存里指令實現的。

你這個腦洞不僅有人開過，還有人做出來了，那個東西叫做憶阻器（memrister），同時擁有了持久化存儲和高速存取的性能。而且別人的腦洞開的更大，修改了整個計算機的架構，自製操作系統等等，這就是HP的 The Machine ，然而因為成本太高，似乎項目失敗/延期了。

如果憶阻器的成本降低到能夠量產的話，基本上Unix時代也就宣告結束了，很多相關的概念也都不需要了，比如說題主說的swap什麼的就都可以扔掉了，直接把內存/硬碟空間映射到虛擬內存裡邊就能跑了。

順便一說，最先有的不是硬碟而是內存，硬碟是為了持久化儲存數據而出現的，否則的話所有的東西都需要打紙帶打出來。

把cpu緩存提升到4g，能吊打內存幾條街

題主，馮諾依曼的棺材板我替你壓著呢。

這個事情就是重新定義內存就行了嘛。說人話就是把內存改個名字嘛。現在剩下的問題就是解決斷電以後信息丟失的問題了。有很多公司，比如IBM，正在致力於解決這個問題。

當然你要是覺得價格也是個問題的話，那就沒法聊了。

硬碟，SSD這些東西都有一個共同的名字叫外部存儲器。

外部存儲器屬於輔助存儲器！
外部存儲器屬於輔助存儲器！
外部存儲器屬於輔助存儲器！

它的功能一般用於永久保存主存中的數據。
我們來回顧一下馮諾依曼結構：控制器，運算器，存儲器，輸入設備，輸出設備。對吧？

這裡的存儲器里其實並不包含輔助存儲器，就好像印表機並不是計算機必須的輸出設備一樣。

實際上，在計算機剛啟動，內存還沒初始化之前，BIOS(現在是UEFI)里的最初級的程序在CPU中運行，那時候只有寄存器可以用(沒錯，緩存也沒完成初始化)。寄存器也是主存的一種！也是一種內存！這個時候，你意識中的那個內存是還不能工作的！外存更不用說！

別以為只有主板上那個條型的是內存，寄存器(包括通用寄存器，控制寄存器，還有Bios工程師才用得到的調試寄存器)那都是內存～一二三級緩存也都是內存～

現在的x86-64CPU上一般有A0到A63，一共64根地址線(物理線哦，摸得到的，其實就是引腳啦)，D0到D63一共64根數據線。(應該是，好久不做這行忘了)。

所以，，，數據想從外存調入CPU，不好意思沒路，得乖乖地從內存走一趟。只有內存才有物理的導線直接拉在CPU上，可以被CPU直接訪問。

我來給你形象解釋一下為什麼不能用SSD做內存

比如我有一個1秒能做60個各種漢堡的機器(CPU)，要把漢堡在1分鐘內送到5000米外的若干櫃檯(硬碟音效卡網卡顯卡等等)，我的A號員工快銀(一級緩存)能夠在1秒內把60個漢堡分類，哪個是麻辣雞腿堡哪個是巨無霸，然後分類交給50米外的綠巨人(二級緩存)，綠巨人把分好類的漢堡根據訂單交給950米若干個鋼鐵俠的戰衣(內存)，鋼鐵俠的戰衣把個個訂單送到4000米櫃檯手上(匯流排)。任務完成。

那為什麼不都快銀送就好了呢？因為快銀貴啊全用快銀請不起，而且快銀請多了不協調會撞車反而耽誤時間。

機械硬碟 1T 400塊固態硬碟 128G 400塊內存8G 400塊你來自己算一下一個128G的一級緩存多少錢，看看自己還買得起CPU不

目前最快的SSD……

好像是1GBps？

而我沒記錯……上一代的DDR3（注意是電腦不是手機）

速度好像是0.5TBps（我看錯單位了！是0.5Tbps，即500Gbps，60多GBps）

這差了200倍啊（我傻逼了……是500倍，感謝評論區指正）

（再次糾正，我……看錯單位了……60倍才是對的）

還不如一車內存當系統盤，快的不要不要的