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這個問題很有意思,所以不請自來答一發(fā)。先說能不能把系統(tǒng)裝進緩存。我的看法是,把系統(tǒng)裝進CPU緩存里的想法完全可行,因為以現(xiàn)有的技術手段,可以在PC的CPU上做出容量大到裝下系統(tǒng)的緩存,但在手機CPU上則不行,至于為什么,后面再說。

CPU和硬盤之間隔著內(nèi)存和緩存(Cache),速度從大到小依次為CPU/一級緩存>二級緩存>三級緩存>內(nèi)存>硬盤(備注:二級緩存在CPU內(nèi)時,運行速度與主頻相同,在CPU外時,運行速度降為主頻一半,這里假定二級緩存在CPU外)。

各級存儲之間的關系可以打個粗淺的比方:硬盤相當于快遞倉庫,內(nèi)存相當于快遞營業(yè)部,二/三級緩存相當于快遞三輪車貨箱,一級緩存相當于盛著貨物(數(shù)據(jù))的快遞箱。比方不一定精確,能理解就好。

題主的想法是把系統(tǒng)裝進緩存,相當于直接把貨物放到三輪車貨箱,不經(jīng)過倉庫和快遞營業(yè)部。只要“三輪車貨箱”(二/三級緩存)夠大,完全可以裝下龐大的“貨物”(系統(tǒng))。而以目前的芯片制程工藝,是可以將二/三級緩存做到32個GB,并把它集成到CPU內(nèi)核外。

一條筆記本用的普通的32GB內(nèi)存條如下,如果去除封裝、周圍電路和PCB板,實際芯片面積可能只有整個板子的1/6大。

考慮到緩存是SRAM(Static RAM),屬于靜態(tài)存儲器,結構比內(nèi)存條采用的DRAM(隨機動態(tài)存儲器)復雜,體積是DRAM的6倍,所以32GB容量的SRAM芯片體積差不多就是一根32GB筆記本內(nèi)存條大小,集成到CPU內(nèi)核外圍后,體積不會太夸張。

我們看到的CPU尤其是電腦CPU,之所以看起來體積不算小,主要是因為封裝和引腳撐大了體積,真正的芯片僅比成人指甲蓋略大,如上圖紅框內(nèi)部分。所以CPU加上32GB二/三級緩存后,整個體積可能并不比下圖的“白金至強”大(注意比較至強和人手的大。。不過這個體積對手機來說還是太大了,能耗也會高到嚇人,所以在手機SOC芯片上沒有實際操作性。

前面有回答說緩存太大的話,成本會太高。這也不是問題,SRAM僅比DRAM貴4倍,這點開銷對土豪來說真不算啥,一般燒友咬咬牙、跺跺腳就能承受。

一句話,在CPU上(CPU內(nèi)核外)集成能裝下系統(tǒng)的緩存,從技術上說可行,從成本上看也并非高不可攀,簡單說可以操作

問題又來了,既然可行,為啥不見英特爾、AMD推出這種產(chǎn)品呢?

答案是,緩存用的SRAM和內(nèi)存用的DRAM都是易失性存儲,一斷電,數(shù)據(jù)清零,你還得重新裝操作系統(tǒng),煩不煩?

有人說,我24小時供電,像服務器那樣,應該沒問題了吧。

答案是,仍然有問題,CPU每次運算時,并不會用到全部系統(tǒng)代碼(實際上也不可能),只會用到很少一部分,換句話說,把系統(tǒng)都裝進緩存并不會提升運算速度和數(shù)據(jù)傳輸速度,反而會造成資源浪費。

總之,把系統(tǒng)裝進緩存,技術可操作,成本也不是問題,唯一的問題是沒實用性,這也是芯片大廠們沒有推出相關產(chǎn)品的原因。


原創(chuàng)回答,搬運必究。

最佳貢獻者
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把系統(tǒng)放進CPU緩存是不可能的,因為CPU中的一二三級緩存是SRAM存儲結構,這也屬于一種RAM隨機存取存儲器,SRAM只要通電里邊的數(shù)據(jù)就一直會在,但是一旦斷電以后里面的數(shù)據(jù)也沒了,這樣只要電腦斷電或者關機操作系統(tǒng)的文件就會被徹底刪除,下次開機也就無法使用系統(tǒng)了。

CPU緩存使用的SRAM的特點就是速度快,而且從一級緩存到三級緩存速度依次遞減,容量依次增大,但是CPU緩存最大的缺點就是結構復雜,成本高,占用面積大(一個SRAM需要六個MOSFET),因此我們看到CPU發(fā)展幾十年來,一二級緩存的容量都保持的非常小,盡管現(xiàn)在有了更大的三級緩存,但是加起來最多也就幾十Mb,遠遠放不下一個操作系統(tǒng)。

當然,為了保證CPU的速度,CPU內(nèi)部緩存的速度都是非?斓,屬于目前速度最快的存儲介質(zhì),如果能把操作系統(tǒng)安裝在緩存里可以獲得非?斓倪\行速度,可惜無論是技術原理還是容量上都無法做到,即使是在未來許多年以后也做不到,所以目前提高系統(tǒng)性能最好的辦法還是把系統(tǒng)安裝在SSD固態(tài)硬盤里,期待未來閃存芯片的性能可以提高到內(nèi)存的水平吧!

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不考慮經(jīng)濟性也就是錢的問題,以現(xiàn)在的技術能力,確實可以制造出能裝下系統(tǒng)的CPU緩存,但是請相信我,你把系統(tǒng)裝進CPU緩存后,結果會讓你懷疑人生。

先說緩存(Cache)。緩存是分級的,在手機SOC芯片的CPU中,一般有三級緩存,分別是L1、L2、L3,都是由晶體管構成,區(qū)別在于晶體管的多少、大小和復雜程度,但肯定是速度快的緩存,晶體管數(shù)量更少、復雜程度更高,更耗電。

那么SOC芯片中,緩存有多大呢?下圖是驍龍845的內(nèi)核X光照片,CPU的三級緩存也就是L3 Cache被我圈出來了,面積占了整個芯片的大約1/70,容量有2MB。

我們假設都將安卓8.0系統(tǒng)裝到L3 Cache中。安卓8.0系統(tǒng)大約有1.8GB左右,也就是1800MB,是驍龍845的CPU的L3 Cache的900倍,而L3 Cache的面積大約是整個845芯片的1/70,也就是0.34平方毫米(估算,數(shù)字不一定精確,見諒),容量擴大到1.8GB的話,面積大約為304平方毫米,相當于長3.04厘米,寬1厘米,不算夸張啊。考慮到手機還要裝應用,流暢運行還要有空閑空間,因此緩存容量至少還要再加1.8GB,總容量達到3.6GB,面積大約為608平方毫米,相當于長3.04厘米,寬2厘米。

芯片封裝后才能使用,封裝后的面積至少要增加50%,也就是說3.6GB的緩存封裝后的總面積至少為912平方毫米,相當于長3厘米,寬3.04厘米,這個面積,現(xiàn)在的手機也能比較輕松裝下。

但是由于緩存速度很快,我們都知道,馬兒能跑必然能吃,換句話說,3.6GB的緩存耗電量也是上千倍增加,手機估計一會兒就成電爐子了。

即使你解決散熱問題,這顆帶著超大號緩存的驍龍845速度會不會快到飛起呢?答案令人沮喪,它會從兔子變成烏龜。因為緩存做到這么大,CPU要在一個時鐘內(nèi)訪問所有緩存單元,CPU內(nèi)核不得不降速,而且是好幾個數(shù)量級的降速,結果就是手機卡頓明顯。

花了大筆錢,動用海量技術資源,得到的是一部運行慢吞吞的手機,所以一味增大緩存并不能提高性能,這也是多年來,CPU內(nèi)核速度在提升,但緩存容量增加緩慢的原因。

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我看上面的回答都是答非所問的,人家問你能不能裝,并沒有問你裝上后斷電了怎么辦。

另外還有一大片回答開頭就錯了說什么空間不夠?臻g不夠嗎?單純論空間大小綽綽有余,大多數(shù)稍微好點的cpu L3 cache都達到了10M以上,10M放一個精簡的操作系統(tǒng)綽綽有余,不相信的參考你家路由器的系統(tǒng)大小,何況提問者也假設了空間夠用的情況下。

但到底能不能裝,我個人認為理論上應該能裝,尤其是L3 cache就是一個純數(shù)據(jù)的 cache,理論上系統(tǒng)能裝在內(nèi)存就能裝在L3 cache,但cpu兼不兼容這種場景,操作系統(tǒng)有沒有針對這個場景的設計,我能力有限不好說,但我這個回答就是看不慣那一大片答非所問以及直接犯低級錯誤的。

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從事軟件開發(fā)多年,這是一個非常有意思的話題,理論上是可行的但起碼要滿足兩個條件,有這么容量的緩存其實就是不計代價,其二默認的操作系統(tǒng)可以針對緩存進行移植對接。這種想法只是在適用于理想狀態(tài)下,真是狀態(tài)下意義不是很大,畢竟成本因素占比還是非常大。未來科技的發(fā)展不排除有這種設想,主要因素還是成本方面的問題,現(xiàn)在配置電腦都會帶著ssd硬盤,而且ssd硬盤在誕生之初價格也是高的嚇人,隨著技術的成熟以及產(chǎn)業(yè)鏈的成熟慢慢,成本逐漸下來了。

現(xiàn)在講下緩存的原理,緩存就是數(shù)據(jù)交換區(qū),計算機的工作原理是CPU訪問的數(shù)據(jù)都是放置在內(nèi)存區(qū),如果需要保存操作硬盤來完成,現(xiàn)在常說的運行的程序文件存儲在硬盤上,運行的時候在內(nèi)存上,為了提升效率專門在cpu上集成一個緩沖區(qū),就是我們說到的緩存,cpu的緩存作用就是數(shù)據(jù)交換區(qū),cpu在訪問數(shù)據(jù)的時候第一優(yōu)先級先把緩存里面的數(shù)據(jù)取出來,如果沒有再從內(nèi)存中獲取,但這個效率就會下降很多,大家都知道緩存是個好東西,但由于其材質(zhì)等方面的因素價格要比普通的內(nèi)存多上好幾倍,而且為了不影響cpu的性能體積還不能太大,所以常見的緩存一般都設置的很小,即使很小性能上也會提升許多。

其實這種方式在軟件上利用空間換時間的方式,有些大塊頭的軟件為了提升運行的效率提前分配一塊內(nèi)存運行,這樣運行的時候直接運行內(nèi)存中程序,效率就會提升許多,所以無論硬件還是軟件都有想通之處,現(xiàn)在的緩存技術已經(jīng)升級到二級,三級的水準,道理還是相似,就是起到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的作用,而且這里面涉及到一個非常重要的概念,由于數(shù)據(jù)交換的頻度或者調(diào)用的次數(shù)不一樣,對于緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的交換需要按照一定的算法規(guī)則來實現(xiàn),不同的緩沖區(qū)可能采用不同的算法,不要覺得CPU里面的編程就變少了,只能講軟件無處不在。

多級緩存的原理如果再次深入學習的話,會變得十分復雜,緩存之間還需要固定的通訊格式,如果再加上多核cpu復雜度又是數(shù)量級的提升,所以芯片這塊國內(nèi)還是非常大的弱項,主要這項技術需要一個長時間的積累,不是單靠拿出幾年的時間就能突擊出來的,現(xiàn)在國內(nèi)能做出來的基本上屬于底端芯片,華為的麒麟芯片算是比較高端的了,也是經(jīng)歷多少年的打磨,在技術上距離頂端的還是存在一定的距離,不過隨著時間的推移國人早晚會擁有屬于自己的芯片技術,畢竟落后的太多了。

所以我們平時在買電腦的時候,一旦想追求點高速度就需要有大的緩存,而且增加一點很小的緩存就能增加不少金錢,所以緩存技術算是cpu里面一項非常重要的技術創(chuàng)新。

希望能幫到你。

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理論上是可以的,但是考慮到安全性和成本等客觀問題,實際中是不會這么做的。

這個問題非常有意思,想要明白其中的緣由,首先需要對計算機的存儲模式做以了解。

三級(多級)存儲

自從世界上第一臺計算機“埃尼阿克”面世,往后所有的計算機都遵循著馮諾·依曼提出的“存儲控制原理”。為了更高效的執(zhí)行命令,設計者們規(guī)定了多級存儲的模式。

  1. 三級存儲(外存):也叫輔存,這種存儲是日常中最為常見的,比如說光盤,移動硬盤和U盤。這類存儲的容量非常大,可以達到幾個T,多用來保存游戲,音樂,視頻等數(shù)據(jù),斷電后可以保留數(shù)據(jù)。價格相對比較便宜。

  2. 二級存儲:這類存儲就是我們俗稱的內(nèi)存,可以存放CPU中的運算數(shù)據(jù)和外部存儲器交換的數(shù)據(jù),就像中轉站一樣。需要注意的是,內(nèi)存保留的數(shù)據(jù)是暫時的,具有斷電易失性。

  3. 一級存儲:也成為寄存器,可以理解為“cpu里的存儲器”。因為是直接和CPU進行數(shù)據(jù)往來,所以速度最快,價格也最為昂貴。相應的存儲容量也很小,一般只有幾個或數(shù)十個字節(jié)。

高速緩存

當計算機工作時,寄存器,內(nèi)存,外存每時每刻都在進行數(shù)據(jù)傳輸,由于三者可能存在速率不匹配的問題,就會影響到計算機的整體運行速度。高速緩沖存儲器(cache)正是為了緩解這個情況而生的。

cache位于CPU和內(nèi)存之間,規(guī)格很小,容量多為幾Kbits和幾Mbits。通過優(yōu)化調(diào)度等算法,系統(tǒng)的性能會大大改善。

回到問題本身,雖然說目前緩存技術已經(jīng)比較成熟,甚至有了多級緩存技術,但緩存的容量并沒有太大的突破。因為緩存實在是太貴啦!操作系統(tǒng)就以現(xiàn)在最常見的win10為例,32位的win10系統(tǒng)大小為16G,為了保證系統(tǒng)的正常運作,系統(tǒng)盤最少需要20G的空間。如果是64位的操作系統(tǒng),除卻系統(tǒng)固件以外,還需要不少空間來存儲注冊表之類的其他內(nèi)容,差不多需要50G的空間!這個大小遠不是緩存能夠吃得消的。

第二,即使說我們不考慮成本問題,假設真的做出了容量為幾十個G的緩存,還是不能直接將系統(tǒng)放進去。就和內(nèi)存一樣,SRAM必須工作在通電的環(huán)境下,就像內(nèi)存一樣,如果斷電,先前保存的數(shù)據(jù)就會丟失,即使重新接上電后也不能恢復。


所以說,將系統(tǒng)直接裝在緩存里,這個想法很大膽也很有新意,但無論是在經(jīng)濟效益還是安全保障方面,都是不切合實際的。在上述緣由沒有得到解決之前,是不可能真正應用到實際生活中當中去的。

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理論是可以的,但是你要知道一個致命的問題,SRAM的確是速度非?欤绻娴目梢园裇RAM作為硬盤制造的話,那么系統(tǒng)轉進去,那CPU也不用訪問內(nèi)存的緩存了可以直接訪問硬盤,我想到那個時候系統(tǒng)的操作速度估計會飛起。但是正是為了讓SRAM更快速的讀寫,SRAM的內(nèi)部構造要遠遠復雜于DRAM內(nèi)存。

一個DRAM內(nèi)存可能只需要一個電容和一個晶體二極管就搞定了,但是SRAM需要存儲單元陣列(core cells array),行/列地址譯碼器(decode),靈敏放大器(Sense Amplifier),控制電路(control circuit),緩沖/驅(qū)動電路(FFIO)這么五個部分才能構成一個存儲單位,因此需要放下這么多的元器件,你就可以知道要是用作它作為大量數(shù)據(jù)村村器一個32GB的芯片得需要多大,即使做出來估計也有大半個手機那么大了,一個512GB的硬盤需要16個這么大的芯片合起來有筆記本那么大了,你就想想吧一個512GB的硬盤都要筆記本那么大,那么一臺電腦得要做多大。

上面除了SRAM不能用于高密度集成主流存儲器之外,還有一個原因就是其耗電量問題,因為其元器件構成復雜,一個存儲單元的耗電量相比較DRAM的好電量就是四到五倍,可想而知,同樣存儲容量下存儲芯片聚合到一塊的耗電量有多大,耗電量的增大帶來的就是發(fā)熱問題,估計即使是造出來的這樣的芯片,那么每塊芯片上面都要放上一個大功率風扇才可以,話題又折了回來了,如果加上風扇的體積,那么一個512GB的硬盤厚度嘛估計就有十幾公分,這分明不是硬盤分明是一塊詐彈吧,并且你家的電閘也會跳閘了。

當然其帶來的速度估計拷貝個100GB的東西也是幾秒鐘的事情。還有一個就是造假問題,如果是一塊SRAM芯片造出來的硬盤估計得個幾十萬吧至少是這么多。

所以你的設想是好的,但是考慮其本身的一些缺陷問題,其根本不適合做高密度集成的主流存儲設備,其目前最成功的應用還是作為各種高速緩存存在,這也是目前計算機制造在成本和性能最完美的平衡,因此不要再搞這樣異想天開的設想了。

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理論上技術上有這個能力,但CPU使用的緩存都是SRAM這種存儲器,其特點是速度快但成本非常高,斷電則數(shù)據(jù)丟失,如果把緩存容量提高到能把整個操作系統(tǒng)裝進去,那容量至少要4GB以上,那CPU的成本可能提高一百倍,現(xiàn)在一千塊錢的CPU要花十萬,有幾個人買得起這樣的CPU呢,再說從系統(tǒng)運行的需要來看也不需要把整個系統(tǒng)都裝載進去,只需要把內(nèi)存管理任務進程管理文件管理這些核心裝載進去,CPU根據(jù)優(yōu)化的算法能夠預測需要那些數(shù)據(jù),CPU預先把這部分數(shù)據(jù)裝載進緩存,只要這個預測達到某個程度使得CPU不空閑下來即可,設計優(yōu)秀的CPU預測有效率能達到九成以上。

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就目前的緩存技術來講,不可能。因為一旦斷電之后里面的數(shù)據(jù)會丟失。

除非將來存儲的技術有了新的變化。閃存能夠達到和緩存一樣的速度。用閃存來當閃存。

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參考DOS系統(tǒng),是可以裝進去的,另外參考WinPE系統(tǒng)(只讀的哦)也是加載到內(nèi)存中運行,如果緩存夠大,當然可以加載到緩存中,比內(nèi)存速度更快呢。

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