Что означает “стоимость за бит”?

Я читаю книгу Уильяма Столлингса Операционные системы: внутреннее устройство и принципы проектирования (седьмое издание), и один отрывок о иерархии памяти ввел меня в замешательство. Что автор имеет в виду, когда говорит о “большей стоимости за бит”?

Вот что говорится в соответствующем абзаце на странице 24:

Как и следовало ожидать, существует компромисс между тремя ключевыми характеристиками памяти: а именно, емкостью, временем доступа и стоимостью. Для реализации систем памяти используются различные технологии, и в этом спектре технологий действуют следующие зависимости:

• Быстрое время доступа, большая стоимость за бит
• Большая емкость, меньшая стоимость за бит
• Большая емкость, более медленная скорость доступа

Я понимаю, что чем ниже вы опускаетесь по пирамиде иерархии памяти, тем медленнее время доступа.

Например, магнитный диск или SSD будут иметь более медленное время доступа, чем регистры CPU или кэш или ОЗУ.

Но что значит “большая стоимость за бит”? Замедляет ли это другие процессы при доступе к этой памяти? Это кажется нелогичным, так как время доступа должно быть быстрее? Они просто занимают больше места, и поэтому его меньше?

Стоимость за бит — это денежная стоимость (то есть в долларах и центрах) за единицу памяти, вот и все, то есть способ сказать “при условии, что необходимое количество памяти одинаковое”. (Вы также могли бы сказать стоимость за гигабайт памяти – но упоминание размера подразумевает конкретный случай использования. Бит очень спорно можно считать наименьшим объемом, который можно сохранить)

Стоимость за бит — это просто цена, которую вы должны заплатить за определенное количество памяти.

Если некоторое количество памяти марки X стоит 20 долларов, а такое же количество памяти марки Y стоит 25 долларов, то марка X имеет лучшую стоимость за бит. Различия в стоимости за бит гораздо более заметны при сравнении различных видов памяти (SRAM, DRAM, флеш-память, SSD…)

В дополнение к этим другим ответам, которые правильно упоминают, что стоимость за бит — это сумма денег за бит:

Если у вас есть память, которая хранит 1024 байта, это 8192 бита. Если эта память стоила вам 10 долларов, то стоимость составит 10 долларов (стоимость)/8192 бита, или 0,001220703125 доллара за бит. Если бы у вас была память с более быстрым временем доступа, она могла бы стоить 20 долларов, в этом случае стоимость составила бы 0,00244140625 доллара за бит.

Быстрое время доступа: 0,00244140625 доллара за бит 
Большая емкость:   0,001220703125 доллара за бит

Я думаю, что аспект, который упускают другие ответы, — это то, что говорит Столлингс о постоянной зависимости между тремя сценариями:

Допустим, у вас есть какая-то память, любая память, которая стоит 10 долларов за палочку объемом 1 ГБ с временем доступа 10 нс… следовательно, 10 долларов/ГБ.

Столлингс говорит, что если вы хотите более быстрое хранилище, оно будет стоить больше, скажем, 15 долларов за 1 ГБ с временем доступа 5 нс = 15 долларов/ГБ – более высокая стоимость за бит по сравнению с предыдущей памятью.

Если вы хотите большие планки, это может стоить вам 15 долларов за 2 ГБ, в этот раз снижая стоимость за бит – 7,50 долларов за ГБ. Однако эта большая планка будет иметь более медленное время доступа, скажем, 12 нс.

Однако вы можете получить премиум-версию большой палочки, которая все еще имеет время доступа 10 нс, но это будет стоить еще больше – возможно, 18 долларов (9 долларов/ГБ).

Как говорит Столлингс, “существует компромисс между тремя ключевыми характеристиками памяти: а именно, емкостью, временем доступа и стоимостью”. И он правильно подсказывает, что, так же как это в настоящее время так, это было так для предыдущих технологий/поколений памяти и будет так для будущих технологий/поколений памяти.

[1 ГБ = (1024)(1024)(1024)(8) = 8589934592 бита. Следовательно, фактическая стоимость за бит для нашей памяти стоимостью 10 долларов (выше) составит 0,0000000012 доллара за бит]

Обратите внимание, что затраты на добавление бита к памяти определяются физическими терминами – то есть энергией. Существует энергетическая стоимость добавления бита к памяти и удаления его. См. лекции Сасскинда о мире как голограмме.

Конкретно, регистры CPU являются самым быстрым и дорогим видом памяти. Они занимают самое ценное пространство в целом ПК. Различные уровни кэшей находятся дальше от фактических вычислений, и время распространения электрического сигнала начинает быть фактором. Вы не можете построить всю систему только из регистров.