Einen Computer ohne RAM betreiben? [Duplikat]

Ich habe über die CPU-Abrufzeit gelesen. Dabei habe ich festgestellt, dass CPUs viel weniger Zeit für den Zugriff auf Daten aus dem RAM benötigen als für den Zugriff auf eine Festplatte, und dass RAM zum Speichern der Informationen und Daten zum Ausführen des Programms vorhanden ist.

Dann habe ich mich gefragt, was passiert, wenn wir nur eine Festplatte verwenden, aber keinen RAM?

Irgendwann stellt sich die Frage, was überhaupt als "RAM" gilt. Es gibt viele CPUs und Mikrocontroller mit viel On-Chip-Speicher für kleine Betriebssysteme ohne separate RAM-Chips. Tatsächlich ist dies in der Welt der eingebetteten Systeme relativ häufig. Wenn Sie sich also nur darauf beziehen, dass keine separaten RAM-Chips angeschlossen sind, können Sie dies mit vielen aktuellen Chips tun, insbesondere solchen, die für die Embedded-Welt entwickelt wurden. Ich habe es selbst bei der Arbeit gemacht. Da der einzige wirkliche Unterschied zwischen adressierbarem On-Chip-Speicher und separaten RAM-Chips jedoch nur die Position (und natürlich die Latenz) ist, ist es durchaus sinnvoll, den On-Chip-Speicher als RAM zu betrachten. Wenn Sie das als RAM zählen, dann ist die Anzahl der aktuellen,

Wenn Sie sich auf einen normalen PC beziehen, können Sie ihn nicht ohne angeschlossene separate RAM-Sticks ausführen. Dies liegt jedoch nur daran, dass das BIOS nicht versucht, ohne installierten RAM zu booten (was wiederum darauf zurückzuführen ist, dass alle RAMs installiert sind) Moderne PC-Betriebssysteme benötigen RAM, um ausgeführt zu werden, insbesondere, da auf x86-Computern normalerweise keine direkte Adressierung des On-Chip-Speichers möglich ist, sondern nur als Cache verwendet wird.)

Schließlich gibt es, wie Zeiss sagte, keinen theoretischen Grund, warum Sie einen Computer ohne RAM überhaupt nicht entwerfen können, abgesehen von ein paar Registern. RAM existiert nur, weil es billiger als On-Chip-Speicher und viel schneller als Festplatten ist. Moderne Computer haben eine Hierarchie von Speichern, die von groß, aber langsam bis sehr schnell, aber klein reicht. Die normale Hierarchie sieht ungefähr so ​​aus:

• Register - Sehr schnell (kann von CPU-Befehlen direkt bearbeitet werden, im Allgemeinen ohne zusätzliche Latenz), aber in der Regel sehr klein (64-Bit-x86-Prozessorkerne haben beispielsweise nur 16 Universalregister, in denen jeweils a gespeichert werden kann einzelne 64-Bit-Zahl.) Registergrößen sind im Allgemeinen klein, da Register pro Byte sehr teuer sind.
• CPU-Caches - Immer noch sehr schnell (oft 1-2 Zyklen Latenz) und deutlich größer als Register, aber immer noch viel kleiner (und viel schneller) als normaler DRAM. Der CPU-Cache ist außerdem pro Byte viel teurer als der DRAM, weshalb er normalerweise viel kleiner ist. Viele CPUs haben sogar Hierarchien innerhalb des Caches. Sie haben normalerweise kleinere, schnellere Caches (L1 und L2) zusätzlich zu größeren und langsameren Caches (L3.)
• DRAM (was die meisten Leute als "RAM" bezeichnen) - Viel langsamer als der Cache (die Zugriffslatenz beträgt Dutzende bis Hunderte von Taktzyklen), aber viel billiger pro Byte und daher in der Regel viel größer als der Cache. DRAM ist jedoch immer noch um ein Vielfaches schneller als der Festplattenzugriff (normalerweise um das Hundert- bis Tausendfache schneller).
• Festplatten - Diese sind wiederum viel langsamer als DRAM, aber im Allgemeinen viel billiger pro Byte und daher viel größer. Darüber hinaus sind Datenträger in der Regel nicht flüchtig. Dies bedeutet, dass sie das Speichern von Daten auch nach Beendigung eines Prozesses (sowie nach einem Neustart des Computers) ermöglichen.

Beachten Sie, dass der gesamte Grund für Speicherhierarchien einfach die Wirtschaftlichkeit ist. Es gibt keinen theoretischen Grund (zumindest nicht innerhalb der Informatik), warum wir nicht ein Terabyte nichtflüchtiger Register auf einem CPU-Die haben könnten. Das Problem ist, dass der Bau nur wahnsinnig schwierig und teuer wäre. Hierarchien, die von kleinen Mengen sehr teuren Speichers bis zu großen Mengen billigen Speichers reichen, ermöglichen es uns, schnelle Geschwindigkeiten zu vernünftigen Kosten aufrechtzuerhalten.

Theoretisch wäre es möglich, einen Computer so zu konzipieren, dass er mit sehr wenig (Wert von wenigen Registern) oder ohne RAM arbeitet (siehe Definition einer Turing-Maschine - die tatsächlich in einer entsprechend großen / schnellen Implementierung von Conway's Life erstellt werden kann) Simulation).

Der Grund, warum alle Computer in der realen Welt RAM verwenden, ist in der Vergangenheit zu suchen: Der Kernspeicher (der Prototyp für RAM, nur halbflüchtig) liegt weit vor Massenspeichern wie Magnettrommeln oder -platten (obwohl dies nach Lochkarten und Papierbändern geschah). Ersteres geht in seiner ursprünglichen Form auf das Jahr 1801 zurück (ja, den Beginn des 19. Jahrhunderts; Jacquard-Webstühle verwendeten Lochkarten, um ein Farbmuster beliebiger Komplexität Jahrzehnte vor Babbage Difference Engines oder Hollerith-Tabulatoren automatisch zu weben) Ein RAM (wie ein Kernspeicher) ist elektronisch und sehr viel schneller als jedes Gerät, das von der physischen Bewegung des Speichermediums abhängt, um die Daten einem Lese- / Schreibmechanismus zu präsentieren.

Ein System oder eine ähnliche Komplexität wie ein moderner Windows- oder Linux-Computer, der ohne RAM läuft (ähnlich wie ein echter Turing-Computer), würde Tage brauchen, um hochzufahren, und Stunden, um den Bildschirm für eine grafische Benutzeroberfläche bei modernen Auflösungen zu aktualisieren. Selbst ein Nur-Text-Betriebssystem, das mit CP / M oder früheren DOS-Versionen vergleichbar ist, würde sehr lange brauchen , um die anfängliche Eingabeaufforderung zu erreichen.

Dies ist möglich, da der L2-Cache beim Start einer x86-CPU zunächst ein SRAM ist, bevor er als Cache verwendet wird. Sie können also Ihr eigenes BIOS schreiben, um den RAM nicht zu initialisieren und nur die geringe Menge an SRAM in der CPU als RAM zu verwenden, anstatt L2 / L3-Cache.

Lesen Sie einfach die BIOS-Richtlinien der CPU-Hersteller.

ALLE modernen Standard-Allzweck-CPUs funktionieren grundsätzlich so:

• Die CPU unterhält ein Register, das in ihrem Adressraum auf den nächsten Befehl zeigt
• Die CPU ruft alles ab, was sich in diesem Adressraum befindet, und erhöht dieses Register
• Wenn der Befehl zusätzliche Informationen wie eine Zieladresse oder einen anderen Operanden benötigt, wird er ebenfalls abgerufen
• CPU führt Anweisung aus
• Wenn der Befehl ein Sprung, ein Aufruf, eine Rückgabe, eine Rückkehr von einem Interrupt oder eine Verzweigung ist, kann er das Register ändern, das auf den nächsten Befehl zeigt.
• Wiederholen

Die CPU ruft alles ab, was sich in diesem Adressraum befindet, und erhöht dieses Register

Was kann in einem Adressraum "leben"?

• Nichts (kann Nullen, zufällige Daten zurückgeben oder die CPU zum Absturz bringen)
• RAM (Motherboard-RAM, RAM von einem PCI-Gerät wie einem Grafikadapter usw.)
• Rom
• Register eines E / A-Geräts (dies schließt "interne E / A-Geräte" wie den lokalen APIC der CPU ein)
• Moderne CPUs erlauben "Cache als RAM", so dass ein Teil des CPU-Cache im Adressraum erscheinen kann

Beachten Sie, dass "Festplatte" nicht in dieser Liste enthalten ist. Die Festplatte ist nicht direkt mit der CPU verbunden. Die Daten werden über ein mit der CPU verbundenes E / A-Gerät (SATA-Hostadapter) auf der Festplatte übertragen.

Das E / A-Gerät verwendet DMA zum Laden / Speichern von Daten auf / von der Festplatte. Dies bedeutet, dass das E / A-Gerät den RAM selbst direkt liest / schreibt - ohne dass die CPU eingreift - und auch darauf angewiesen ist, dass RAM vorhanden ist. Wenn die Daten jedoch nicht vom E / A-Gerät in den RAM geladen wurden, hat die CPU keine Chance, sie zu sehen.

Die CPU kann also keine Anweisungen direkt von der Festplatte abrufen.

Was während eines Seitenfehlers passiert, ist:

• Die CPU versucht, auf eine Speicherseite zuzugreifen, die in den lokalen CPU-Seitentabellen (die immer im RAM vorhanden sind) als ausgelagert markiert ist.
• Dieser Zugriff verursacht eine Seitenfehlerausnahme in der CPU.
• Die CPU, die sich jetzt im Kernel-Modus befindet, sieht sich die Seite an, auf die der andere Prozess zugreifen wollte.
• Der Kernel bemerkt, dass ein Benutzerprozess versucht, auf eine ausgelagerte Seite zuzugreifen, und ruft den normalen E / A-Prozess auf, um diese Seite von der Festplatte wieder einzulagern. Dies ist derselbe Vorgang, der beim Laden / Speichern anderer Daten von der Festplatte ausgeführt wird. Es ist nicht anders, nur weil die CPU im ausgelagerten Speicher pagt.
• Die CPU gibt dann die Steuerung an den unterbrochenen Prozess zurück, der fortgesetzt wird, als ob nichts geschehen wäre.

Die CPU, die Daten von der Festplatte abrufen muss, weil der Speicher ausgelagert wird, ist also nicht anders.

Ein PC benötigt zum Betrieb RAM. Jede von der Festplatte gestartete Anwendung wird zuerst in den Arbeitsspeicher kopiert, bevor sie ausgeführt wird.

Wenn Sie also keinen Arbeitsspeicher in Ihrem Computer haben, startet Ihr Computer nicht. Möglicherweise ertönen mehrere Warntöne, um Sie darauf hinzuweisen, dass kein Arbeitsspeicher installiert ist.

Der Computer wird nicht ausgeführt. RAM ist ein wesentlicher Bestandteil des erfolgreichen Beitrags vom Motherboard. Wenn kein RAM vorhanden oder beschädigt ist, geben viele Motherboards in der Regel Signaltöne aus, um anzugeben, wo Sie bei der Fehlerbehebung nachsehen müssen.

Eigentlich könnte man in mindestens zwei Fällen einen Computer ohne das betreiben, was technisch als RAM bezeichnet wird

1. Die ersten alten mechanischen "Computer" (Konrad Zuses Konstruktion und Charles Babbages Computer waren mechanische Geräte ohne RAM, die noch Computer genannt wurden)

2. Ein moderner Computer ohne RAM und nur einen Prozessor (Chip) mit Registern . In den meisten Fällen ist ein SRAM (Cache-Speicher) auf dem Prozessor vorhanden, der schnellste Computerspeicher wird jedoch als Register auf dem Chip bezeichnet, und die Register auf dem Chip sind technisch gesehen kein RAM.

Es läuft einfach nicht. Das Motherboard piept höchstwahrscheinlich auf ungewöhnliche Weise und fährt herunter. Wenn Sie nicht über genügend RAM verfügen, auch nicht über 128 MB für Windows XP, wird die Installation verweigert (dies wurde tatsächlich mit einem alten Computer versucht; einer der Chips war nicht richtig platziert). Also, mit den aktuellen Einstellungen ist das unmöglich. Selbst wenn Sie die Motherboard-Überprüfungen deaktivieren könnten, kann die CPU keine Daten direkt von der Festplatte lesen und benötigt für jeden Vorgang RAM.

Ich denke, theoretisch wäre es möglich, eine Maschine zu konstruieren, die wenig oder gar keinen Arbeitsspeicher benötigt, aber ineffizient wäre.