1.4.6　技术的发展对价格的影响

　　图1.8是采用不同器件技术的计算机其性能与价格关系的示意图。其中性能用MIPS表示，价格是单位MIPS的价格。
　　在80年代中期，占统治地位的器件技术是MOS技术，其中主要是MMOS。所有用这种器件构造的计算机，其每单位MIPS的价格几乎是个常数，如图中第一个台阶所示。
　　第二个台阶是另一种技术，估计是ECL的双极性技术。所有用这种器件构造的计算机，其每单位MIPS的价格也几乎是个常数。
　　第三个台阶是一种更特殊的技术，专门用于高性能的计算机。由于有冷却的要求、生产困难、芯片的集成度比较低等原因，这种器件技术的成本最高。所有用这种器件构造的计算机，其每单位MIPS的价格也几乎是个常数。
　　虽然图1.8中的曲线是近似的，但它告诉我们，器件技术对性能与价格关系的影响程度。器件决定了一台计算机的基本周期的时间。我们可以用地址和数据通路的宽度乘以时钟频率所得的值，即计算机系统最大信息传输率，来粗略地估计一台计算机的处理能力。

　　假设采用某种器件，那么设计时大多数高速部件都会采用由这种器件决定的最大或几乎最大的时钟频率。上面提及的计算机处理能力与地址宽度、数据宽度和时钟频率有关。当时钟频率取最大值时，改进性能的方法是把数据通路宽度由8位改为16位或32位，并相应地增加存储器容量。通过这种方法所获得的性能与总线宽度成线性关系，但价格也与总线宽度成线性关系。所以，随着总线宽度的增加，性能提高了，总价格也提高了，但单位MIPS 的价格仍保持不变。需要指出的是存储器的价格不一定随着总线宽度线性地增加。产生如图1.8所示的台阶型曲线是因为假设存储器容量随着性能而线性地增加。即一个速度为2MIPS 系统的存储器的典型配置可能是4M字节，同一个系统如果速度达到4MIPS或8MIPS，则存储器的配置分别为8M字节和16M字节。
　　从图1.8我们可以得到如下结论：当某一系统结构的性能超过某种器件技术的极限值时，要采用性能更好的器件了。从图中看，曲线移到上一层台阶上去了，这会导致单位MIPS价格的提高。
　　如果性能用MIPS来度量，那么我们可以得出：
　　MIPS＝（指令条数／周期）（周期数／秒）・10-6其中第一项与系统结构有关，系统结构设计者可以设法提高或降低它。第二项与所采用的器件技术有关。
　　实际上，第一项（系统结构）和第二项（器件技术）并不象我们上面所说的能绝然分开。例如，第二项的时钟速度就与系统结构中指令译码的复杂性有关。尽管如此，我们还是主要通过研究每个机器周期执行的指令条数这一项来提高系统的性能。下面是三种常用的增加每个机器周期执行指令条数的方法。
　　（１）减少要执行的指令条数。通过采用较好的算法，有可能用较少的指令完成同样的工作。
　　（２）在系统结构中增加硬件辅助部件，以改进系统结构的效率。例如，增设Csche存储器可以增加每个周期执行指令的条数。设置在某些特殊应用场合非常有效的SORT、SEARCH指令。
　　（３）多条指令并发地执行。利用重复设置的硬件增加每个周期内执行的指令条数。
　　第一种方法从系统结构角度看可能觉得奇怪。人们可能认为系统结构设计者不必研究算法问题。但事实恰恰相反。因为我们的目的是使系统在某些应用场合既要性能高又要价格低，谁也没有规定解决的方法只许采取系统结构方法。实际上，要降低价格，有时改进算法的方法可能是所有上述方法中最有效的方法。