当你打开浏览器的时候。
当你启动游戏的时候。
当你观看 YouTube 视频的时候。
你有没有想过：
这些数据此刻到底存放在哪里？
CPU 正在处理什么？
程序为什么能够记住你的操作？
答案就是：
内存。
内存是现代计算机最重要的组件之一。
没有内存，CPU 将无事可做。
程序无法运行。
数据无法保存。
整个现代计算机世界都将不复存在。
在本期视频中，我们将从最基础的比特开始，一步一步了解内存是如何工作的。
最终我们还会发现：
RAM 并不是计算机中最快的存储设备。
真正最快的东西，其实隐藏在 CPU 内部。
那么，让我们开始吧。
第一章 什么是内存
内存，本质上是一个临时存放信息的地方。
你可以把它理解成计算机的工作台。
CPU 负责计算。
而内存负责保存计算所需要的数据。
如果没有内存。
CPU 就像一个失忆的人。
每完成一步计算就会忘记刚才发生的事情。
因此。
内存让程序和数据能够在计算机运行期间持续存在。
第二章 一切从比特开始
所有内存最终存储的都是比特。
比特，也叫 Bit。
它只有两个状态：
0
或者
1
为什么只有两个状态？
因为电子电路最容易表示两种状态。
有电。
没电。
开。
关。
所以计算机世界里的所有信息，最终都会被转换成大量的 0 和 1。
数字。
文字。
图片。
视频。
程序。
本质上都一样。
第三章 比特组成字节
单独一个比特能表达的信息非常有限。
因此计算机会把多个比特组合在一起。
最常见的组合方式就是：
8 个比特组成一个字节。
例如：
01000001
这是一个字节。
在 ASCII 编码中。
它表示字母 A。
无数个字节组合起来。
就可以表示文字。
图片。
音乐。
甚至整个操作系统。
第四章 什么是内存单元
那么这些比特究竟存放在哪里？
答案是：
内存单元。
每一个内存单元只能存储一个比特。
也就是说：
0
或者
1
你可以把它想象成一个极其微小的电子盒子。
里面只能保存两种状态之一。
现代内存芯片中。
这样的盒子有几十亿个。
第五章 内存由晶体管构成
内存单元又是由什么构成的呢？
答案是晶体管。
晶体管是一种电子开关。
它既是 CPU 的基础。
也是内存的基础。
数百万个晶体管。
组成数千万个内存单元。
数十亿个内存单元。
组成内存芯片。
所以从本质上来说。
内存其实就是一个由大量晶体管构成的巨大存储阵列。
第六章 什么是 RAM
现代计算机最重要的内存就是 RAM。
RAM 的全称是：
Random Access Memory。
随机访问存储器。
RAM 是计算机运行时的工作区域。
你正在运行的程序。
正在编辑的文档。
正在播放的视频。
都会被加载到 RAM 中。
又不断向 RAM 写入数据。
第七章 为什么叫随机访问存储器
很多人第一次听到 Random Access 都会误解。
这里的 Random 并不是随机的意思。
而是：
可以直接访问任意位置。
想象一个拥有一百万本书的图书馆。
如果你想找到第 500000 本书。
你不需要从第一本开始翻。
可以直接走过去找到它。
RAM 也是一样。
任何存储位置都可以直接访问。
因此速度非常快。
第八章 内存地址
既然 RAM 中有几十亿个存储位置。
CPU 如何知道要访问哪一个？
答案是地址。
每个内存位置都有自己的编号。
例如：
地址 1000
地址 1001
地址 1002
地址 1003
就像街道上的门牌号码一样。
CPU 通过地址找到对应的数据。
第九章 从内存读取数据
假设 CPU 需要地址 1000 上的数据。
它会先发送地址。
内存控制器收到请求后。
找到对应位置。
读取数据。
然后把数据返回给 CPU。
CPU 获得数据后继续执行程序。
这样的过程。
每秒会发生数十亿次。
第十章 向内存写入数据
写入过程正好相反。
例如：
5 + 7 = 12
CPU 计算出结果后。
需要把结果保存起来。
于是它会发送：
地址
以及
数据
内存接收到后。
更新对应位置。
这样数值 12 就被保存到了 RAM 中。
每一次点击鼠标。
每一次游戏操作。
每一次编辑文档。
本质上都是一次内存写入。
第十一章 易失性与非易失性存储
RAM 有一个重要特点。
它属于易失性存储。
只要断电。
数据立刻消失。
关机以后。
RAM 中的数据全部被清空。
而 SSD 和硬盘不同。
它们属于非易失性存储。
即使断电。
数据依然保留。
你可以这样理解：
RAM 像白板。
SSD 像笔记本。
白板方便快速修改。
但擦掉就没了。
笔记本写得慢一点。
但内容能够长期保存。
第十二章 为什么增加 RAM 会提升性能
很多人升级电脑时都会加内存。
为什么？
因为更多 RAM 能保存更多数据。
如果 RAM 不够用。
操作系统就必须频繁地把数据搬到 SSD 上。
而 SSD 比 RAM 慢得多。
想象一下：
你有一张很大的办公桌。
所有资料都摆在桌面上。
工作效率非常高。
如果桌子特别小。
你就必须不停地从文件柜取资料。
效率自然下降。
RAM 的作用也是如此。
第十三章 内存层级结构
并不是所有存储设备速度都一样。
现代计算机采用分层设计。
从快到慢：
CPU Registers
↓
CPU Cache
↓
↓
SSD
↓
Hard Drive
越靠近 CPU。
速度越快。
容量越小。
成本越高。
越远离 CPU。
速度越慢。
容量越大。
成本越低。
这就是著名的内存层级结构。
第十四章 RAM 不是最快的存储器
讲到这里。
很多人会认为：
RAM 已经很快了。
一定是最快的吧？
其实并不是。
CPU 内部还隐藏着更快的存储位置。
它们叫做：
寄存器。
Registers。
寄存器直接位于 CPU 内部。
速度远远快于 RAM。
第十五章 CPU 真正如何工作
CPU 在计算时。
通常不会直接操作 RAM。
而是这样：
↓
Register
↓
ALU
首先从 RAM 读取数据。
放入寄存器。
然后 ALU 使用寄存器中的数据进行计算。
最后再把结果写回内存。
因此寄存器才是 CPU 真正工作的地方。
也是整个计算机中最快的存储区域。
结论
今天我们一起了解了内存的工作原理。
我们知道：
比特组成字节。
字节组成数据。
内存单元存储这些数据。
晶体管构成内存单元。
数十亿个内存单元组成 RAM。
每个应用程序都依赖内存。
每个操作系统都依赖内存。
CPU 每时每刻都在读取和写入内存。
但 RAM 并不是终点。
在 RAM 之上。
还有缓存。
还有寄存器。
而寄存器才是计算机中最快的存储区域。
在下一期视频中。
我们将打开 CPU 的黑盒。
一起探索：
《寄存器是如何工作的》
How Registers Work
The Fastest Memory Inside the CPU
我们下期见。