ใช้คอมพิวเตอร์โดยไม่มี RAM? [ซ้ำ]

ฉันอ่านเกี่ยวกับเวลาดึงข้อมูล CPUซึ่งฉันพบว่า CPU ใช้เวลาน้อยกว่ามากในการเข้าถึงข้อมูลจาก RAM เมื่อเทียบกับการเข้าถึงฮาร์ดดิสก์และ RAM นั้นมีอยู่สำหรับการจัดเก็บข้อมูลและข้อมูลของโปรแกรมที่เรียกใช้งาน

ถ้าอย่างนั้นฉันก็สงสัยว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราใช้ฮาร์ดดิสก์ แต่ไม่มี RAM?

เมื่อถึงจุดหนึ่งสิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามว่าอะไรที่นับว่าเป็น "แรม" มีซีพียูและไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมากที่มีหน่วยความจำบนชิปมากมายในการใช้งานระบบปฏิบัติการขนาดเล็กที่ไม่มีชิป RAM แยกติดอยู่ อันที่จริงแล้วนี่เป็นเรื่องธรรมดาในโลกของระบบฝังตัว ดังนั้นหากคุณเพียงแค่อ้างว่าไม่มีชิป RAM แยกติดอยู่ใช่คุณสามารถทำได้กับชิปปัจจุบันจำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ออกแบบมาสำหรับโลกฝังตัว ฉันทำมันเองที่ทำงาน อย่างไรก็ตามเนื่องจากความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างหน่วยความจำบนชิปที่กำหนดแอดเดรสได้และชิปแรมแยกต่างหากเป็นเพียงตำแหน่ง (และแน่นอนความล่าช้า) จึงเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะพิจารณาว่าหน่วยความจำบนชิปเป็น RAM หากคุณนับว่าเป็น RAM ก็เท่ากับจำนวนปัจจุบัน

หากคุณอ้างถึงพีซีธรรมดาไม่คุณไม่สามารถรันได้โดยไม่ติด RAM แยกต่างหาก แต่นั่นเป็นเพราะไบออสได้รับการออกแบบมาไม่ให้พยายามบูตโดยไม่ติดตั้ง RAM (ซึ่งก็คือในทางกลับกันเพราะทั้งหมด ระบบปฏิบัติการพีซีสมัยใหม่จำเป็นต้องใช้ RAM ในการทำงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเครื่อง x86 โดยทั่วไปไม่อนุญาตให้คุณระบุหน่วยความจำบนชิปโดยตรงซึ่งใช้เป็นแคชเท่านั้น)

ในที่สุดตามที่ Zeiss กล่าวไม่มีเหตุผลทางทฤษฎีที่คุณไม่สามารถออกแบบคอมพิวเตอร์ให้ทำงานโดยไม่มี RAM ใด ๆ เลยนอกเหนือจากการลงทะเบียนสองสามครั้ง แรมมีอยู่เพียงอย่างเดียวเพราะราคาถูกกว่าหน่วยความจำบนชิปและเร็วกว่าดิสก์มาก คอมพิวเตอร์สมัยใหม่มีลำดับชั้นของความทรงจำที่มีตั้งแต่ขนาดใหญ่ แต่ช้าไปเร็วมาก แต่เล็ก ลำดับชั้นปกติเป็นดังนี้:

• Registers - เร็วมาก (สามารถดำเนินการได้โดยคำสั่งของ CPU โดยตรงโดยทั่วไปโดยไม่มีเวลาแฝงเพิ่มเติม) แต่โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กมาก (แกนประมวลผล 64 บิต x86 มี 16 ลงทะเบียนวัตถุประสงค์ทั่วไปเท่านั้นเช่นแต่ละรายการสามารถจัดเก็บ หมายเลข 64 บิตเดียว) ขนาดการลงทะเบียนโดยทั่วไปมีขนาดเล็กเนื่องจากการลงทะเบียนมีราคาแพงมากต่อไบต์
• CPU Caches - เร็วมาก (มักจะมีความหน่วงแฝง 1-2 รอบ) และใหญ่กว่าการลงทะเบียนอย่างมาก แต่ก็ยังเล็กกว่า (และเร็วกว่า) มากกว่า DRAM ปกติ แคชของ CPU นั้นมีราคาแพงกว่าต่อไบต์มากกว่า DRAM ด้วยเหตุนี้จึงมีขนาดเล็กกว่ามาก นอกจากนี้ซีพียูจำนวนมากยังมีลำดับชั้นแม้อยู่ในแคช พวกเขามักจะมีขนาดเล็กแคชเร็วกว่า (L1 และ L2) นอกเหนือจากแคชที่ใหญ่กว่าและช้ากว่า (L3.)
• DRAM (สิ่งที่คนส่วนใหญ่คิดว่าเป็น 'RAM') - ช้ากว่าแคชมาก (เวลาในการตอบสนองการเข้าถึงมีแนวโน้มที่จะเป็นสิบถึงหลายร้อยรอบนาฬิกา) แต่ถูกกว่ามากต่อไบต์และโดยทั่วไปแล้วจะใหญ่กว่าแคชมาก DRAM ยังคงเร็วกว่าการเข้าถึงดิสก์หลายเท่า (ปกติเร็วกว่าหลายร้อยถึงหลายพันครั้ง)
• ดิสก์ - เหล่านี้ช้ากว่า DRAM มาก แต่ก็ยังถูกกว่ามากต่อไบต์และดังนั้นจึงมีขนาดใหญ่กว่ามาก นอกจากนี้ดิสก์มักจะไม่ลบเลือนหมายความว่าอนุญาตให้บันทึกข้อมูลได้แม้หลังจากกระบวนการยุติลง (เช่นเดียวกับหลังจากที่คอมพิวเตอร์รีสตาร์ทแล้ว)

โปรดทราบว่าเหตุผลทั้งหมดสำหรับลำดับชั้นหน่วยความจำเป็นเพียงการประหยัด ไม่มีเหตุผลทางทฤษฎี (อย่างน้อยก็ในวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์อย่างน้อย) ทำไมเราถึงไม่มีเทราไบต์ของการลงทะเบียนแบบไม่ลบเลือนบน CPU die ปัญหาคือการสร้างยากและมีราคาแพงอย่างบ้าคลั่ง การมีลำดับชั้นที่มีตั้งแต่หน่วยความจำแพงน้อยไปจนถึงหน่วยความจำราคาถูกจำนวนมากทำให้เราสามารถรักษาความเร็วได้อย่างรวดเร็วด้วยต้นทุนที่เหมาะสม

ในทางทฤษฎีแล้วมันเป็นไปได้ที่จะออกแบบคอมพิวเตอร์ให้ใช้งานได้น้อยมาก (มีค่าลงทะเบียนไม่กี่อัน) หรือไม่มี RAM (ดูคำจำกัดความของเครื่องจักรทัวริง - ซึ่งสามารถสร้างได้จริงในการใช้ชีวิต Conway's จำลอง)

เหตุผลที่คอมพิวเตอร์ในโลกแห่งความจริงใช้ RAM คือก่อนประวัติศาสตร์: หน่วยความจำหลัก (ต้นแบบสำหรับ RAM เพียงแบบกึ่งระเหย) มีพื้นที่เก็บข้อมูลจำนวนมากอย่างเช่นดรัมแม่เหล็กหรือดิสก์ อดีตซึ่งย้อนกลับไปในรูปแบบดั้งเดิมไปจนถึงปี 1801 (ใช่จุดเริ่มต้นของศตวรรษที่ 19; Jacquard looms ใช้บัตรเจาะเพื่อสานรูปแบบสีของความซับซ้อนตามอำเภอใจหลายทศวรรษก่อนแม้กระทั่ง Babbage Difference Engines หรือ Taboll Hollerith) ประการที่สอง RAM (เช่นหน่วยความจำหลัก) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เร็วกว่าอุปกรณ์ใด ๆ ที่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวทางกายภาพของสื่อเก็บข้อมูลเพื่อนำเสนอข้อมูลไปยังกลไกการอ่าน / เขียน

ระบบหรือความซับซ้อนที่คล้ายกันกับคอมพิวเตอร์ Windows หรือ Linux รุ่นใหม่ที่ทำงานโดยไม่มี RAM (คล้ายกับเครื่องทัวริงจริง) อาจต้องใช้เวลาหลายวันในการเริ่มต้นและเวลาในการอัพเดตหน้าจอสำหรับอินเทอร์เฟซกราฟิกที่ความละเอียดทันสมัย แม้แต่ระบบปฏิบัติการแบบข้อความอย่างเดียวที่เทียบเคียงได้กับ CP / M หรือรุ่นแรก ๆ ของ DOS จะใช้เวลานานมากในการเข้าถึงพรอมต์คำสั่งเริ่มต้น

คุณสามารถทำได้เนื่องจากเมื่อ x86 CPU เริ่มทำงานแคช L2 นั้นเริ่มต้นจาก SRAM ก่อนที่จะใช้เป็นแคช ดังนั้นคุณสามารถเขียนประวัติของคุณเองเพื่อไม่ให้เริ่มต้น RAM และใช้ SRAM จำนวนเล็กน้อยภายใน CPU เป็น RAM แทนที่จะใช้แคช L2 / L3

เพียงอ่านแนวทาง BIOS จากผู้ผลิตซีพียู

ซีพียูที่มีความทันสมัยมาตรฐานและใช้งานทั่วไปทั้งหมดทำงานได้ดังนี้:

• ซีพียูรักษาทะเบียนที่ชี้ในพื้นที่ที่อยู่เพื่อการเรียนการสอนต่อไป
• CPU ดึงข้อมูลอะไรก็ตามที่อยู่ในพื้นที่ที่อยู่นั้นและส่วนเพิ่มที่ลงทะเบียน
• หากคำสั่งต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเช่นที่อยู่ปลายทางหรือตัวถูกดำเนินการอื่น ๆ ก็จะถูกดึงข้อมูล
• CPU ดำเนินการคำสั่ง
• หากคำสั่งคือการกระโดดโทรกลับส่งคืนจากการขัดจังหวะหรือสาขามันอาจแก้ไขการลงทะเบียนที่ชี้ไปที่คำสั่งต่อไป
• ทำซ้ำ

CPU ดึงข้อมูลอะไรก็ตามที่อยู่ในพื้นที่ที่อยู่นั้นและส่วนเพิ่มที่ลงทะเบียน

สิ่งที่ "สด" ในพื้นที่ที่อยู่?

• ไม่มีอะไร (สามารถคืนค่าเป็นศูนย์สุ่มข้อมูลหรือทำให้ CPU ล็อกได้)
• RAM (RAM บนเมนบอร์ด, RAM จากอุปกรณ์ PCI เช่นอะแดปเตอร์กราฟิก ฯลฯ )
• รอม
• การลงทะเบียนอุปกรณ์ I / O (ซึ่งรวมถึง "อุปกรณ์ I / O ภายใน" เช่น APIC ของ CPU ในตัวเครื่อง)
• CPU สมัยใหม่อนุญาตให้ "cache as RAM" ดังนั้นส่วนหนึ่งของแคช CPU สามารถปรากฏในพื้นที่ที่อยู่

แจ้งให้ทราบ "ฮาร์ดดิสก์" ไม่ได้อยู่ในรายการนั้น ฮาร์ดดิสก์ไม่ได้เชื่อมต่อกับ CPU โดยตรง ข้อมูลเข้าและออกจากฮาร์ดดิสก์ผ่านอุปกรณ์ I / O (อะแดปเตอร์โฮสต์ SATA) ที่เชื่อมต่อกับ CPU

อุปกรณ์ I / O ใช้ DMA เพื่อโหลด / บันทึกข้อมูลไปยัง / จากฮาร์ดดิสก์ ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์ I / O อ่าน / เขียน RAM เองโดยตรงโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงของ CPU และยังต้องพึ่งพา RAM ที่อยู่ที่นั่น แต่ถ้าข้อมูลยังไม่ถูกโหลดลงใน RAM โดยอุปกรณ์ I / O CPU จะไม่มีโอกาสเห็น

ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถมีคำสั่งดึงข้อมูล CPU ได้โดยตรงจากฮาร์ดดิสก์

เกิดอะไรขึ้นระหว่างความผิดพลาดหน้าคือ:

• CPU พยายามเข้าถึงหน้าหน่วยความจำที่มีการทำเครื่องหมายเป็นสลับในตารางหน้า CPU ภายในเครื่อง (ซึ่งจะปรากฏใน RAM เสมอ)
• การเข้าถึงนี้ทำให้เกิดข้อยกเว้นข้อผิดพลาดของเพจใน CPU
• CPU ตอนนี้อยู่ในโหมดเคอร์เนลดูหน้ากระบวนการอื่นกำลังพยายามเข้าถึง
• เคอร์เนลแจ้งให้ทราบว่ากระบวนการของผู้ใช้กำลังพยายามเข้าถึงหน้าที่สลับเปลี่ยนและเรียกใช้กระบวนการ I / O ปกติเพื่อสลับหน้านั้นกลับจากดิสก์ นี่เป็นกระบวนการเดียวกับที่จะใช้เมื่อทำการโหลด / บันทึกข้อมูลอื่น ๆ จากดิสก์ มันไม่ได้แตกต่างกันเพียงเพราะ CPU เป็นเพจในหน่วยความจำสลับ
• จากนั้นซีพียูจะควบคุมกลับไปยังกระบวนการที่ถูกขัดจังหวะซึ่งดำเนินต่อไปราวกับไม่มีอะไรเกิดขึ้น

ดังนั้นซีพียูจึงจำเป็นต้องได้รับข้อมูลจากดิสก์เพราะหน่วยความจำที่ถูกสลับออกมานั้นไม่แตกต่างกัน

คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลต้องใช้ RAM เพื่อให้ทำงานได้ ทุกแอปพลิเคชั่นที่เปิดตัวจากฮาร์ดดิสก์จะถูกคัดลอกไปยัง RAM ก่อนที่จะถูกเรียกใช้งาน

ดังนั้นถ้าคุณไม่มี RAM ใด ๆ ในคอมพิวเตอร์คอมพิวเตอร์ของคุณจะไม่เริ่มทำงานอาจให้คุณส่งเสียงบี๊บเตือนหลายครั้งเพื่อแจ้งให้คุณทราบว่าไม่มี RAM ติดตั้งอยู่

คอมพิวเตอร์จะไม่ทำงาน RAM เป็นส่วนสำคัญของการโพสต์ที่ประสบความสำเร็จจากเมนบอร์ด เมื่อ RAM ไม่ปรากฎหรือได้รับความเสียหายมาเธอร์บอร์ดส่วนใหญ่มักจะส่งรหัสบี๊ปเพื่อระบุตำแหน่งที่จะทำการแก้ไขปัญหา

ที่จริงแล้วคุณสามารถใช้คอมพิวเตอร์อย่างน้อยสองกรณีโดยไม่มีสิ่งใดที่เรียกว่า RAM ในทางเทคนิค

1. คอมพิวเตอร์ "กลไก" ตัวแรก (การก่อสร้างของ Konrad Zuse และคอมพิวเตอร์ของ Charles Babbage เป็นอุปกรณ์เชิงกลที่ไม่มี RAM ที่เรียกว่าคอมพิวเตอร์)

2. คอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยด้วยไม่เพียง RAM และหน่วยประมวลผล (ชิพ) ที่มีการลงทะเบียน ในกรณีส่วนใหญ่คุณมี SRAM (หน่วยความจำแคช) ในโปรเซสเซอร์ แต่หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดเรียกว่ารีจิสเตอร์ที่อยู่บนชิปและการลงทะเบียนทางเทคนิคบนชิปไม่ใช่แรม

มันจะไม่ทำงาน มาเธอร์บอร์ดส่วนใหญ่อาจส่งเสียงบี๊บผิดปกติและปิดตัวลง หากคุณมี RAM ไม่เพียงพอแม้กระทั่ง 128MB สำหรับ Windows XP มันจะปฏิเสธที่จะติดตั้ง (ลองทำสิ่งนี้กับคอมพิวเตอร์เครื่องเก่าชิปตัวใดตัวหนึ่งไม่ได้วางอย่างถูกต้อง) ดังนั้นด้วยการตั้งค่าปัจจุบันเป็นไปไม่ได้ แม้ว่าคุณจะสามารถปิดการใช้งานการตรวจสอบเมนบอร์ดซีพียูไม่สามารถอ่านข้อมูลโดยตรงจากฮาร์ดดิสก์และต้องการ RAM สำหรับทุกการทำงาน

ฉันเดาว่าในทางทฤษฎีแล้วมันจะเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องที่ใช้ RAM น้อยหรือไม่มีเลย แต่มันก็ไม่ได้ผล