一、内存是干什么的

内存是 CPU 手边的临时仓库——程序要从磁盘搬到内存里才能跑，算出来的中间结果也要先放在这儿。 它有两个特点：速度快、但断电就没了。 正因为这两点，才需要在【快但小】和【慢但大】之间来回倒腾——那是第五章的事。 这一节只问一件事：这个仓库是怎么盖起来的？

二、两个插口：地址线加数据线

内存的物理结构简单到一句话就能说完：一大堆能存 0 或 1 的格子。 硬件只管两件事： 地址线——告诉它【找哪一个格子】。 数据线——告诉它【往格子里放什么、从格子里取什么】。 除此之外它什么也不会干：不会排序、不会查找、不会算数。 那些全是程序的事。

三、地址线有几条，决定能点多少格子

每条地址线只有【通】和【不通】两种状态，也就是一位。 所以 n 条地址线能点出的格子数是 2 的 n 次方——每多一条线，容量就翻一倍。 10 条 → 1024 个格子；20 条 → 约 100 万；32 条 → 约 43 亿。 （每格按 1 字节算，32 位地址能寻到的就是 4 GB——这也是 32 位系统装不下更大内存的原因。）

四、它的缺点，正好是后面所有办法的起点

内存一次只能读一个格子，而且读哪个格子都得从头用地址去点。 它不知道你把什么放在了哪里，也不记得上一次读过什么。 所以【怎么摆】就成了程序自己的责任：摆得顺，一次就找到；摆得乱，就得翻箱倒柜。 下面六节要讲的数组、栈、队列、链表、树，全都是在这么一串方格子上摆出来的形状。

五、动手 Demo：内存的物理结构十分简单

内存就是一大堆能存 0 或 1 的小格子。 地址线告诉它【找哪一个格子】，数据线告诉它【放什么】。

for n, cap in ((10, "1 KB"), (16, "64 KB"),
                (20, "1 MB"), (32, "4 GB")):
    print("%2d 条地址线 -> %d 个格子（%s）" % (n, 2 ** n, cap))
mem = [0] * 8
mem[3] = 42
print("mem[3] =", mem[3])

实跑输出：

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内存的物理结构十分简单
--------------------------------------------------------------------

**内存就是一大堆能存 0 或 1 的小格子。** 硬件只管两件事：
  地址线   告诉它【找哪一个格子】
  数据线   告诉它【往格子里放什么、从格子里取什么】

地址线有几条，就决定了能点多少个格子——**每多一条线，容量翻一倍。**

  地址线     可寻址的格子数     按每格 1 字节算
  ----------------------------------------------
  10 条      1024               1 KB
  16 条      65536              64 KB
  20 条      1048576            1 MB
  32 条      4294967296         4 GB

  拿 8 个格子直观体验一下【按地址读写】：

    地址      0   1   2   3   4   5   6   7
    内容      0   0   0  42   0   0   7   0
    读出 mem[3] = 42，mem[6] = 7

  **物理层面就这么简单：给它一个地址、给它数据，剩下的不用管。**
  后面所有的数据结构，都是在这么一串方方正正的格子上摆出来的。

每多一条地址线，可寻址的格子数就翻一倍——容量是指数长的，不是线性长的。 32 条地址线正好对应 4 GB，这就是 32 位系统的天花板。

30 秒实验

1. 算一算：你的电脑有 16 GB 内存，至少要几条地址线才够？
2. 想想为什么内存断电就丢数据，而磁盘不会——这是下一章的开场问题。

常见误区

1. 以为内存会【自己找】数据。它只会按地址一格一格地读写。
2. 以为内存越大程序越快。摆放方式不对，再大的内存也白搭。

• ☐ 下一节（4.2 内存的逻辑结构像一幢大楼）

相关笔记

• 内存的逻辑结构像一幢大楼 — 给这串地址装一个顺手的看法
• 用好内存先从数组开始 — 第一个摆出来的形状
• 看一看CPU的内部构造 — 内存是 CPU 手边的仓库
• 💻 计算机是怎样跑起来的 · 索引 — 讲硬件是怎么搭起来的
• ⚙️ 程序是怎样跑起来的 · 索引