Ghz: que és i per a què serveix un gigahercio en informàtica

Si t'estàs introduint en el món de la informàtica jo estàs veient processadors per comprar, hauràs llegit moltes vegades GHz o Gigahercio o gigahertz. Tot això és exactament el mateix, i no, no és un condiment alimentari, és una mesura que s'utilitza amb molta freqüència en la informàtica i enginyeria.

Índex de continguts

Així que el mínim que podem fer a hores d'ara és explicar què mesura aquesta mesura i per què s'utilitza tant en l'actualitat. Potser després d'això, tinguis més clar moltes coses que et trobes dia a dia en el món de l'electrònica.

Què és un GHz o Gigahercio

GHz es tracta de l'abreviatura d'una mesura utilitzada en electrònica anomenada Gigahercio en espanyol, tot i que també la podem trobar com Gigahertz. I realment no es tracta d'una mesura base, sinó que és un múltiple de l'Hertz, concretament parlem de 10 ⁹ milions d'Hertz.

Així que realment el que haurem de definir és el Hertz, la mesura base i d'on provenen els kilohercios (kHz), Megahertz (MHz) i els Gigaherços (GHz). Doncs bé, aquesta mesura la va inventar Heinrich Rudolf Hertz, del cognom prové el nom de la mesura. Va ser un físic alemany que va descobrir com es propagaven les ones electromagnètiques en l'espai. Així que realment aquesta mesura prové de el món de les ones i no purament de la informàtica.

Un Hertz representa un cicle per segon, de fet, fins a 1970 no es va començar a cridar Hertz en lloc de cicles. Per si no ho sabeu, un cicle és simplement la repetició d'un succés per unitat de temps, que en aquest cas serà el moviment d'una ona. Llavors un el Hertz mesura la quantitat de vegades que es repeteix una ona en el temps, que pot ser sonora o electromagnètica. Però això també és extensible a les vibracions dels sòlids oa les ones marines.

Si provem a bufar un paper de forma paral·lela a la seva superfície, notarem que comença a ondular-repetint el patró de tant en tant, en segons o mil·lèsimes de segon si bufem amb força. El mateix passa amb les ones, ja aquesta magnitud en diem freqüència (f) i és la inversa d'un període, que es mesura en segons clar (s). Si ho unim tot, podrem definir l'Hertz com la freqüència en l'oscil·lació d'una partícula (d'una ona, paper, aigua) en un període d'una assegurança.

Aquí podem veure la forma d'una ona i de com es repeteix al llarg d'un període. A la primera, tenim la mesura d'1 Hz, perquè en un segon tan sols ha patit una oscil·lació. I en la segona imatge, en un sol segon ha oscil·lat 5 vegades completes. Imagineu-llavors com serien 5 GHz.

nom	símbol	Valor (Hz)
Microhercio	μHz	0, 000001
Milihercio	mHz	0, 001
…	…	…
hertz	hz	1
Decahercio	daHz	10
Hectoercio	hHz	100
quilohertz	kHz	1.000
Megahercio	MHz	1.000.000
Gigahercio	GHz	1.000.000.000
…	…	…

El GHz en la informàtica

Ara que realment sabem què és un Hertz i d'on prové, és hora d'aplicar-lo a la informàtica.

Els Hertz mesura la freqüència d'un xip electrònic, per a nosaltres, el més conegut és el processador. Llavors traslladant la definició d'ell, un Hertz és la quantitat d'operacions que un processador pot fer en un període d'un segon. És així com es mesura la velocitat d'un processador.

El processador d'un ordinador (i d'altres components electrònics) és un dispositiu que s'encarrega de realitzar certes operacions que són enviades des de la memòria principal en forma de codi d'instruccions que són generats pels programes. Llavors cada programa es subdivideix en tasques o processos, i al seu torn en instruccions, que seran executades un a una per el processador.

Com més hertzs tingui un processador, major quantitat d'operacions o instruccions podrà dur a terme en un segon. De forma comú també podrem anomenar aquesta freqüència "velocitat de rellotge", ja que tot el sistema està sincronitzat mitjançant el senyal d'un rellotge perquè cada cicle duri el mateix temps i el traspàs d'informació sigui perfecte.

La CPU només entén de senyals elèctrics

Com comprendreu, un component electrònic tan només entén de voltatges i amperes, senyal / no senyal, així que totes les instruccions han d'anar-se traduït al zeros i uns. En l'actualitat els processadors són capaços de treballar de forma simultània amb cadenes de fins a 64 zeros i uns, anomenades bits, i representa la presència o absència de senyal de voltatge.

A la CPU només li arriba una successió de senyals que és capaç d'interpretar amb la seva estructura de portes lògiques internes compostes al seu torn per transistors que s'encarrega de deixar passar o no senyals elèctrics. D'aquesta forma és possible donar-li un "sentit comprensible" per a l'ésser humà, en forma d'operacions matemàtiques i lògiques: sumes, restes, multiplicacions, divisions, AMD, OR, NOT, NOR, XOR. Totes aquestes i algunes més són les operacions que la CPU fa, i que nosaltres veiem en el nostre PC en forma de jocs, programes, imatges, etc. Curiós, oi?

L'evolució dels GHz

No sempre hem tingut els Gigahercio fins a la sopa, de fet, fa gairebé 50 anys els enginyers tan sols somiaven amb alguna vegada nomenar la freqüència dels seus processadors d'aquesta forma.

El començament tampoc va estar gens malament, el primer microprocessador implementat en un sol xip va ser el Intel 4004, una petita escarabat inventada el 1970 que va revolucionar el mercat després d'aquests mastodòntics ordinadors basats en vàlvules de buit que ni tan sols tenien il·luminació RGB. Exacte, hi va haver una època en què no existia el RGB, imagineu. El cas és que aquest xip era capaç de processar cadenes de 4 bits a una freqüència de 740 kHz, gens malament, per cert.

Vuit anys després, i tes uns quants models, arribo l'Intel 8086 un processador de res menys que 16 bits que funcionava de 5 a 10 MHz, i encara tenia forma de escarabat. Va ser el primer processador en implementar l'arquitectura x86, que actualment tenim en els processadors, increïble. Però és que aquesta arquitectura era tan bona en el maneig d'instruccions, que va ser un abans i un després en la informàtica. També hi ha hagut altres com la Power9 d'IBM per a servidors, però sens dubte el 100% d'equips personals seguir utilitzant x86.

Però va ser el processador DEC Alpha el primer xip amb instruccions RISC que arribo a la barrera d'1 GHz el 1992, després va arribar AMD amb la seva Athlon el 1999 i en el mateix any els Pentium III els que van aconseguir aquestes freqüències.

L'IPC d'un processador

En l'era actual tenim processadors que són capaços d'arribar fins als 5 GHz (5.000.000.000 d'operacions per segon) ia sobre tenen no solament un, sinó fins a 32 nuclis en un sol xip. Cada nucli és capaç de realitzar encara més operacions per cicle, així que la capacitat es multiplica.

A el nombre d'operacions per cicle, també li anomenats IPC (no confondre amb l'índex de preus a l'consumidor). L'IPC és un indicador de l'rendiment d'un processador, actualment està molt de moda mesurar els IPC dels processadors, ja que així es determina com de bo és un processador.

M'explico, dos elements bàsics d'una CPU són els nuclis i la seva freqüència, però de vegades tenir més quantitat de nuclis no implica tenir més IPC, així que és possible que una CPU de 6 nuclis sigui menys potent que una de 4.

Les instruccions d'un programa es divideixen en subprocessos o etapes, i són introduïdes en el processador perquè, de manera ideal, en cada cicle de rellotge es realitzi una instrucció completa, això seria IPC = 1. D'aquesta manera, a cada cicle entraria i sortiria una instrucció completa feta. Però no tot és tan ideal, ja que les instruccions depenen en gran mesura de com estigui construït el programa i de el tipus d'operacions que es vagin a realitzar. No és el mateix sumar que multiplicar, ni tampoc és el mateix si un programa té diversos subprocessos que tan sols un.

Hi ha programes per mesurar l'IPC d'un processador en condicions el més semblants possibles. Aquests programes obtenen un valor mitjà de l'IPC calculant el temps que triga el processador en executar un programa. Sèrie d'aquesta manera:

Conclusió i més enllaços interessants

Realment és un tema molt interessant aquest de l'Hertz i de com es mesura la velocitat d'un processador. Realment dóna per a molts temes dels quals parlar, però tampoc podem fer article com novel·les.

A el menys esperem que el significat de l'Hertz, la freqüència, els cicles per segon i l'IPC s'hagi quedat ben explicat. Ara us deixem amb alguns tutorials d'interès relacionats amb el tema.

Si tens algun dubte sobre el tema, o vols puntualitzar alguna cosa, deixa'ns un comentari a la caixa.