簡述電腦架構:為什麼加記憶體(DRAM)無法無限增加電腦的速度

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電腦的架構可以比喻為一家公司或工廠來說明:


CPU:員工

記憶體/RAM:工作桌/工作場所

硬碟/SSD:倉庫


請員工來做一些東西,例如想要同時做麵包,包粽子,包水餃,編帽子等。請8個人來做大部份狀況下會比4個人快(高階的CPU比低階快),但是人到齊了之後發現,工作桌/環境太小,一次只能同時做兩件事情,想同時間內多完成事情的話,就要更大的工作桌與更開闊的環境(加記憶體)。

所以當桌子與空間大到一定程度的時候,雖然可以滿足同時做很多事情的條件,但當事情變多,或是變得更複雜的時候,需要更多人數,以及技術好與效率快的員工(CPU核心)。
員工技術如果不夠好(買了好幾年的電腦架構現在舊了,新的架構時脈一樣但實際速度更快)或人數不夠多(核心數太少)的時候,完成事情的件數與效率就會下降。

舉實例:很多人常因為開網頁速度不快,就想加記憶體,這有兩個狀況。
第一個狀況,只開一個網頁就慢,工作桌上(記憶體)沒其他東西,桌上就一件事(一個網頁)要處理,那肯定不是記憶體問題,很大機會是員工(CPU處理器)過慢,連一個網頁都處理不了,或是申請的網路速度連100M都沒有,才是真正原因。


第二個狀況,上網習慣開幾十個分頁,工作桌(記憶體)上擺滿了網頁,這時候或許是工作桌不夠大,真的需要加記憶體。但除了工作桌滿載網頁之外,你是不是可以想像到員工(CPU處理器)不夠多或效率太差,這麼多網頁是否處理的完?要不要加個員工(換CPU升級配備)?


硬碟的功能就比較單純,就是個倉庫,把事情所需的材料,用輸送帶放到工作桌上,讓員工(CPU)來完成。所以能不能把材料快速的搬到工作處理所在地,也是影響速度的因素之一,但不是排在第一名。理由也是因為事情的完成與否,主要還是員工(CPU)在做,而不是硬碟。
這裡舉現實實例就是,當你製圖把作品載入到畫面後,修改作品時畫面翻轉速度,渲染的速度,就與硬碟無關,因為「東西」已經搬到工作桌(記憶體)上,這時候是員工(CPU、GPU)處理的手腳快不快。


那顯示卡GPU呢?其實是與CPU同類型的單位,也是員工,只是做的事情不同,可以當作不同部門的員工,專門處理CPU部門傳來的工作。

CPU負責做複雜的運算,以現實來說就是像建築設計師,數學老師與教授等等。

GPU就是一群小學生,能做簡單的加法與減法運算,複雜的不會,但是人數(核心數)非常多,是CPU的幾千倍以上。


那有人會問近十年為什麼大家都說把硬碟換成SSD,電腦會順很多,不就只是倉庫而已嗎?原因在於比起CPU與記憶體進步的速度,從硬碟這個倉庫搬到工作桌上這個輸送帶的速度,在十年前非常的緩慢。如今的SSD是傳統硬碟的十倍以上速度,搬的速度從原本的每年增加零點幾倍變成十倍,當然能夠增加電腦整體的速度。


因此加RAM不是增加電腦速度的簡單解法,不是電腦變慢加RAM就能解決的,工作桌你就算擴充到超大,但沒有足夠的員工,有空來處理,電腦完成事情的量還是不會增加。


結論是要當電腦卡住時,還是要去分析卡住的點在哪裡對症下藥,而不是「聽說」加記憶體會變快,就急著購買,等花了錢卻速度卻沒增加,就真的欲哭無淚。




後記:為什麼寫這篇文章

以前喜歡寫在前言,但現代人不喜歡在文章一開始看廢話,就只好寫在後面了。

這個議題其實從我玩電腦到現在20幾年來一直都是老生常談的事情,電腦這東西不是大家都懂,不懂得人遠比懂得人多,不懂的人只會看到數字越大越好,茫茫規格表裡面只有記憶體、硬碟等單位是少數能看懂的,且大家都知道數字越大越好,但卻不知道這數字不是大一倍就會快一倍,可能只是快個零點幾倍甚至是零。

以前記憶體又是很貴的零件(現在也不算很便宜),預算的限制下就只能用少少的記憶體,配置的規格低於實際需求就會覺得慢,才會加了記憶體後體感上就變快了,加上Windows 的歷史就是吃記憶體(這裡就不展開談),導致電腦不夠快大家直覺就加記憶體。

因此這問題幾乎都是電腦新手與外行人(俗稱小白)在問,電腦不夠快時,直接回答一句「加記憶體就好了」,是外行人最喜歡聽到的答案,因為不用處理那艱澀的規格。

而這對業內人來說,「回答加記憶體」的其實是不懂電腦的人。「真正懂電腦」的,卻是那位說「不一定,我不知道,我要先知道你電腦的規格才能回答你」的人。

但對外行人來說感覺就不專業,他們要的是立即的答案,而不需要處理那艱澀的規格。

所以這問題經過了幾十年,電腦從單核心變成現在幾十核心的現在,架構沒變的狀況下,永遠不會消失退流行,乾脆寫一寫以後丟連結給人看,文章或許還可以用個幾十年。

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