news 2026/10/25 1:55:36

笔记--浅谈内存,存储空间,BIOS芯片,显卡GPU、VRAM(1)

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张小明

前端开发工程师

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笔记--浅谈内存,存储空间,BIOS芯片,显卡GPU、VRAM(1)

内存,存储空间,BIOS芯片,显卡---这几者名字各不相同,但是被一个东西串联在一起,那就是G(GB)

GB(G)本质就是容量单位,1GB等于1024MB,1MB又等于1024KB,1KB又又等于1024字节(B),1字节又又又等于8比特(bite)……这些容量单位衡量能存多少二进制数据。但上述四个东西,虽然都能用G做单位,干的活却完全不是一回事。

·内存(RAM):临时工作台,断电数据小时;软件运行必须放这里。

·硬盘(存储空间):文件储物柜,断电数据保留;存系统、游戏、文档

·BIOS芯片:主板最小启动固件,绝大多数BIOS芯片只有几十MB,一般没有“多少G”的说法。

·显卡:有现存(VRAM,单位G),显卡自己的专属工作台,不是内存也不是硬盘

内存

内存(内存条,RAM)——软件运行的平台

作用:

电脑所有正在运行的程序(浏览器、IDE、游戏、操作系统……)必须加载进内存才能跑。CPU不能直接去硬盘读数据干活,硬盘太慢。

当然,更通俗易懂的理解是这样的:

·硬盘 = 书架; 内存 = 桌面。

·你要看书(运行软件),得先把书拿到桌面上。桌面大小就是内存大小,桌面越大,可以同时摊开的书越多。桌面一关(理解为断电),桌面上的东西全部消失(就像是乌鸦哥把桌子掀翻,谁也没得吃了)

工作原理:

1:内存是随机存储器RAM,由大量电容 + 晶体管组成,每一个电容保存1bit(二进制0或1)。电容有点 = 1, 没电 = 0。

2:电容会漏电!所以内存电路会不断刷新,周期性地给电容补电维持数据,一旦断电,电荷全部消失 -> 数据全部清空。

3:CPU通过内存控制器,用地址线定位内存里每一小块数据,读写速度极快,远快于硬盘。

4:局限性:容量成本高,断电丢数据,不适合长期存东西。

比如16G内存:代表这个工作台最多同时放下16GB的数据供CPU实时读写。

硬盘

存储空间(SSD/HDD)——永久存放数据

作用:

长期保存所有文件:操作系统、游戏、视频、代码、照片。断电内容不会丢失。

可以比喻为:这里是书架,所有的书都放在这里。要用哪本书,再取到内存(桌面)。

原理:

·机械硬盘HDD:高速旋转磁盘,磁头读写磁片上的磁性记录;靠磁畴方向记录0/1,断电磁性保留。速度慢,容量便宜

·固态硬盘SSD:闪存颗粒(NAND Flash),浮栅晶体管捕获电荷保存数据,电荷可以保存很多年,断电不消失,速度比机械盘快得多(准确来说是快很多很多。)

简单来说,1TB硬盘 = 储物柜能存放1024GB的文件。

对比

硬盘:存静态文件;慢、容量大、断电保留

内存:存正在运行的程序数据;快、容量小、断电清空

BIOS芯片

BIOS芯片,主板上的小芯片

BIOS芯片很小,通常只有8MB/16MB/32MB,很小。

原理

主板上一块独立ROM/Flash芯片,里面烧录了BIOS固件。电脑开机的第一步,就是CPU先去读BIOS:

·通电--最先跑BIOS程序

·自检(POST):检查CPU、内存、显卡有没有正常安装。

·识别硬件,然后去找硬盘上的操作系统,把系统交给CPU启动。

存储什么

只存主板底层设置 + 启动程序:启动顺序、风扇策略、内存超频设置、硬件自检代码。不存windows、不存游戏。

再开机的时候按Del/F2进入蓝底设置界面,就是BIOS(现在的新主板叫UEFI,本质是新版BIOS,依然只有几十MB)

显卡&显存(显卡上的G,指显存VRAM)

很多人混淆,显卡本身是一块运算板卡,上面自带显存(VRAM,单位GB),这个G不是内存,也不是硬盘。

显卡是什么

显卡(GPU)

专门做并行图像计算的处理器。CPU擅长复杂逻辑;GPU擅长成千上万次的简单计算,渲染画面、3D游戏、AI绘图……玩游戏时,模型、贴图、光影数据,不能全塞到系统内存,会堵车!所以显卡自带专属内存:显存VRAM

显存(VRAM)

·作用:存放3D模型、贴图纹理、渲染帧画面,GPU直接读取,带宽极高。

·类比:GPU是画家,画家当然得有一块自己的专属画板,而显存就是这么一张画板。系统内存是CPU的桌面。两块工作台互相独立。

比如显卡8G、12G、16G:指这块显卡自带的画板大小。显存不够时,显卡会被迫调用系统内存,游戏会严重掉帧。

对比表

硬件带 G 的东西断电数据核心用途
内存条内存RAM丢失CPU运行软件时的临时工作台
硬盘存储空间保留长期存放文件、系统、游戏
BIOS芯片固件(MB级别)保留开机硬件自检 + 引导系统
显卡显存(VRAM)丢失GPU渲染画面的专属高速画板

以上,我们讲完了最基础的部分,那么,稍微深入那么一点点,CPU中央处理器,是如何读取到工作台RAM上的东西呢?

回顾到旧比喻,我们可以继续深入:

·硬盘 = 书架(放全部书记,量大,拿书很慢)

·内存(RAM随机存储器)= 桌面(当前要用的书摊在这里,速度快一点,断电清空)

·显存 (VRAM)= 画家(GPU)专属画板(独立,只管渲染)

·BIOS = 一张小小的开机说明书(巴掌大小,MB级别)

我们知道,CPU才是那个看书的人,从硬盘(书架)上拿取书本,再摊开在内存RAM(桌面)上,那么,CPU是怎么读书的呢?

——令人悲伤的是,CPU和大多数的我们不同,它简直就是计界爱因斯坦,读书的速度可谓是一目十行,百行……甚至是千行,CPU的运算速度太快了,就算是内存,对CPU来说还是太慢了。CPU不能每次需要数据都伸手去桌面拿,来回浪费大量的时间,对于聪明的爱因斯坦而言,它的时间不应该浪费在拿书这件事上,所以,它需要一个帮忙拿书的助手,准确来说,是很多助手。

于是CPU芯片内部,自带一块超级高速的临时空间:缓存

CPU缓存分层:
1:L1缓存(一级缓存)

CPU核心贴身的小笔记本,离运算单元最近,速度最快,但容量最小,一般也就几十KB。

相当于爱因斯坦手边随手扫一眼的便签纸。

2:L2缓存(二级缓存)

比L1大一点,速度略慢一点点,每个核心独立拥有,通常在几百KB~几MB

放L1不够,但短期内大概率会用到的数据。

3:L3缓存(三级缓存)

多个CPU核心共享,容量最大(几十MB~上百MB),速度比L1/L2慢,但远胜于内存。

放在桌子一角,离手不远的厚笔记本。

读取逻辑:L1->L2->L3->内存->硬盘

·在缓存里找到了:缓存命中,直接拿,速度爆炸

·缓存没找到:缓存不命中,需要去内存调取数据,同时把这份数据放到缓存里备用,延迟大幅上升

总结:缓存就是CPU自带的、比内存更快的临时小工作台。同样断电丢失,容量很小,单位一般MB,很少用G

完整整条存储速度&容量规律(记住这个规律)

速度越快-->容量越小,价格越贵;

速度越慢-->容量越大,单价越便宜。

  1. L1 缓存:最快,容量最小(KB)
  2. L2 缓存:次之(KB~MB)
  3. L3 缓存:次之(MB)
  4. 内存 RAM:中等速度(GB)
  5. 显存 VRAM:高带宽,独立,GPU 专用(GB)
  6. SSD 固态硬盘:慢很多,容量大(TB)
  7. HDD 机械硬盘:最慢,容量巨大(TB)
  8. BIOS 芯片:只读固件(MB)

统一总结所有存储的特性

存储位置单位断电数据给谁用
L1/L2/L3缓存CPU芯片内部KB/MB丢失CPU核心
内存RAM主板内存条GB丢失CPU运行程序
显存VRAM显卡GPU板上GB丢失GPU渲染画面
SSD/HHD硬盘机箱TB保留长期保存所有文件
BIOS芯片主板MB保留开机自检、底层固件

场景举例:因为昨天cod23发布,我打了一天使命召唤:现代战争4……

·开机:通电,CPU读取BIOS,硬件自检,引导硬盘上windows系统

·双击cod23:windows把cod23的程序、硬件从硬盘上读取,加载进内存

·游戏里的贴图、3D模型,从内存再送到显存,交给GPU渲染画面

·CPU负责游戏逻辑(射击、敌人AI),需要的数据优先从L1/L2/L3缓存拿;缓存没有,再从内存读取

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