内存 vs 硬盘：固态硬盘代替内存可以工作吗？

使用固态硬盘代替内存可以吗？

答案是?：不可以?。

?这个问题看似复杂，其实包含很多方面的原因。

一、存储结构方面

固态硬盘和内存在存储结构上就完全不同。

1.1 固态硬盘采用的是3D闪存单元阵列来存储数据

这些存储单元被一层层地堆叠在一起，形成一个巨大的存储系统，固态硬盘的数据就存储在这个系统的每个存储单元中。单个存储单元的组成极其复杂。存储单元由控制绝缘层、电荷井以及电子通道组成。电荷阱是真正存储数据的地方，当我们往硬盘存储数据时，其实就是往电荷阱充入电子，每个电荷阱可以存入三比特的数据，也就是八个不同的二进制值。电荷阱这种特殊设计可以使得电子在十几年内都不会丢失。

1.2 内存的存储结构是一个巨大的2D存储单元阵列

其中一个称为1T1C的存储单元。存储单元的本质其实就是一个电容器，当往电容器里面充电到一伏，记录为二进制的一，当电容器放电到零伏，记录为二进制的零。每个电容器只能存储一比特数据，也就是要么存储零，要么存储一。需要注意的是，电容器会发生漏电的现象，所以每隔一段时间就需要对电容器进行刷新，以避免数据丢失，这也是内存在断电后数据会丢失的主要原因。通过上面分析可以看到，固态硬盘和内存的存储结构区别非常大，这种区别直接导致的就是硬盘和内存容量相差巨大。

二、接口和传输速度

固态硬盘内部有数万亿的存储单元，这使得固态硬盘的容量能达到TB级别，而内存条内部只有几十亿的存储单元，存储容量只有GB级别，除了存储容量存在巨大的差距，内存和固态硬盘的速度也相差甚远。固态硬盘的速度除了跟硬盘的闪存芯片类型有关系外。

还有一个重要原因就是硬盘接口，因为接口受限于带宽，不同接口的硬盘读取速度有很大的差异。而内存只在2D平面进行寻址，直接通过内存地址可以访问任何数据。

三、通信传输

3.1 内存的双通道传输与CPU通信

在计算机体系结构中，内存的高速传输和处理能力对于整体系统性能至关重要。内存采用双通道传输，通过内存总线直接与CPU通信，这种设计极大地提高了数据传输的效率和带宽。相较之下，硬盘接口受到带宽的限制，无法与内存的通信速度相媲美。

固态硬盘作为一种高速存储介质，其数据读写速度已经相当快，但仍然远远比不上内存。固态硬盘的读写速度大约为50微秒，而内存只需要17纳秒，这意味着内存的速度比固态硬盘整整快了3000倍。这种速度差异对于计算机的实时数据处理、快速响应和高效运行至关重要。

3.2 实例

在实际应用中，特别是在进行大型游戏或复杂图形处理时，计算机通常会采用一种先从硬盘读取数据，然后加载到内存的策略。这是因为硬盘作为永久性存储介质可以保存大量数据，但其读写速度相对较慢。一旦所需数据加载到内存中，CPU就能够在几纳秒内迅速获取并进行处理，从而提供更快的响应速度和更流畅的用户体验。

这也解释了为什么在进行游戏时，你会看到一个加载进度条。这个过程实际上是将游戏所需的数据从硬盘加载到内存中，以便在需要时能够迅速被CPU调用，从而保证游戏的运行流畅性。因此，内存在计算机体系结构中的地位和作用不可替代，它是确保系统高效运行的重要组成部分。

四、那如果直接将内存去掉，让CPU从硬盘读取数据会怎样呢？

去掉内存后，先不说CPU能不能直接从硬盘读取到数据，但是速度上，这比直接从内存读取的速度慢近3000倍，直接导致的结果就是计算机将非常卡顿，所以想要用固态硬盘替代内存并不现实。除了速度限制外，计算机的架构也不支持，因为不管计算机如何发展，目前的电脑都是采用的冯诺伊曼架构，也就是CPU、内存和硬盘的架构。如果去掉内存，那么计算机的整个架构包括操作系统都需要重新设计。
综上所述，就目前来说，固态硬盘想要替代内存还是非常困难的。

附：冯诺伊曼架构