Ghz: o que é e o que é um gigahertz na computação

Se você está entrando no mundo da computação e quer comprar processadores, já leu GHz ou Gigahertz ou Gigahertzio várias vezes. Tudo isso é exatamente o mesmo, e não, não é um tempero alimentar, é uma medida usada com muita frequência em computação e engenharia.

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Portanto, o mínimo que podemos fazer neste momento é explicar o que essa medida mede e por que ela é usada tanto hoje. Talvez depois disso, você fique mais claro sobre muitas coisas que encontra todos os dias no mundo da eletrônica.

O que é um GHz ou Gigahertz

GHz é a abreviação de uma medida usada na eletrônica chamada Gigahertz em espanhol, embora também possamos encontrá-la como Gigahertz. E não é realmente uma medida básica, mas é um múltiplo da Hertz, especificamente estamos falando de 10, 9 milhões de Hertz.

Então, realmente o que teremos que definir é o Hertz, a medição da base e de onde vêm os Kilohertz (kHz), Megahertz (Mhz) e Gigahertz (GHz). Bem, essa medida foi inventada por Heinrich Rudolf Hertz, de cujo sobrenome o nome da medida vem. Ele era um físico alemão que descobriu como as ondas eletromagnéticas se propagam no espaço. Então, realmente, essa medida vem do mundo das ondas e não apenas da computação.

Um Hertz representa um ciclo por segundo; de fato, até 1970, o Hertz não era chamado de ciclo. Caso você não saiba, um ciclo é simplesmente a repetição de um evento por unidade de tempo, que neste caso será o movimento de uma onda. Em seguida, um Hertz mede o número de vezes que uma onda se repete no tempo, que pode ser sonora ou eletromagnética. Mas isso também é extensível às vibrações de sólidos ou às ondas do mar.

Se tentarmos soprar um papel paralelo à sua superfície, perceberemos que ele começa a ondular repetindo o padrão de vez em quando, em segundos ou milésimos de segundo, se soprarmos com força. O mesmo acontece com as ondas e, nessa magnitude, chamamos de frequência (f) e é o inverso de um período, medido em segundos claros. Se juntarmos tudo, podemos definir Hertz como a frequência na oscilação de uma partícula (de uma onda, papel, água) em um período de seguro.

Aqui podemos ver a forma de uma onda e como ela se repete ao longo de um período. No primeiro, temos a medição de 1 Hz, porque em um segundo ele sofreu apenas uma oscilação. E na segunda imagem, em um único segundo, oscilou 5 vezes completas. Imagine então quanto seria 5 GHz.

Nome	Símbolo	Valor (Hz)
Microhertz	µHz	0, 000001
Millihertz	mHz	0, 001
…	…	…
Hertz	Hz	1
Decahertz	daHz	10
Hectoertium	hHz	100
Kilohertz	kHz	1.000
Megahertz	MHz	1.000.000
Gigahertz	GHz	1.000.000.000
…	…	…

GHz na computação

Agora que realmente sabemos o que é um Hertz e de onde ele vem, é hora de aplicá-lo à computação.

O Hertz mede a frequência de um chip eletrônico, para nós, o mais conhecido é o processador. Assim, transferindo a definição para ela, um Hertz é o número de operações que um processador pode realizar em um período de um segundo. É assim que a velocidade de um processador é medida.

O processador de um computador (e outros componentes eletrônicos) é um dispositivo responsável pela execução de determinadas operações enviadas da memória principal na forma de instruções geradas pelos programas. Cada programa é subdividido em tarefas ou processos e, por sua vez, em instruções, que serão executadas uma a uma pelo processador.

Quanto mais hertz um processador possui, mais operações ou instruções ele pode executar em um segundo. Em comum, também podemos chamar essa frequência de " velocidade do relógio ", pois todo o sistema é sincronizado por um sinal de relógio, para que cada ciclo dure ao mesmo tempo e a transferência de informações seja perfeita.

A CPU entende apenas sinais elétricos

Como você entenderá, um componente eletrônico compreende apenas tensões e amplificadores, sinal / sem sinal, portanto todas as instruções devem ser traduzidas em zeros e outras. Atualmente, os processadores são capazes de trabalhar simultaneamente com strings de até 64 zeros e uns, chamados bits, e representam a presença ou ausência de um sinal de tensão.

A CPU recebe apenas uma sucessão de sinais que é capaz de interpretar com sua estrutura de portas lógicas internas , que por sua vez são compostas por transistores responsáveis ​​por passar ou não passar sinais elétricos. Dessa forma, é possível atribuir um “significado compreensível” ao ser humano, na forma de operações matemáticas e lógicas: adição, subtração, multiplicação, divisão, AMD, OU, NÃO, NOR, XOR. Tudo isso e mais algumas são as operações que a CPU realiza e que vemos em nosso PC na forma de jogos, programas, imagens etc. Curioso, certo?

A evolução de GHz

Nem sempre tivemos Gigahertz na sopa; de fato, há quase 50 anos, os engenheiros sonhavam em nomear a frequência de seus processadores dessa maneira.

O começo também não foi ruim, o primeiro microprocessador implementado em um único chip foi o Intel 4004, uma pequena barata inventada em 1970 que revolucionou o mercado depois daqueles enormes computadores baseados em válvulas a vácuo que nem sequer tinham iluminação RGB. Exatamente, houve um tempo em que o RGB não existia, imagine. O fato é que esse chip foi capaz de processar cadeias de 4 bits a uma frequência de 740 KHz, o que não é ruim.

Oito anos depois, e após alguns modelos, o Intel 8086 chegou, um processador de nada menos que 16 bits que funcionava de 5 a 10 MHz e ainda tinha o formato de uma barata. Foi o primeiro processador a implementar a arquitetura x86, que atualmente temos nos processadores, incrível. Mas essa arquitetura era tão boa no manuseio de instruções que era um antes e um depois na computação. Também existem outros como o Power9 da IBM para servidores, mas, sem dúvida, 100% dos computadores pessoais continuam usando o x86.

Mas foi o processador DEC Alpha o primeiro chip com instruções RISC que alcançou a barreira de 1 GHz em 1992, a AMD chegou com o Athlon em 1999 e no mesmo ano o Pentium III atingiu essas frequências.

A CPI de um processador

Na era atual, temos processadores capazes de atingir até 5 GHz (5.000.000.000 de operações por segundo) e, além disso, eles têm não apenas um, mas até 32 núcleos em um único chip. Cada núcleo é capaz de executar ainda mais operações por ciclo, de modo que a capacidade se multiplica.

O número de operações por ciclo também é chamado de CPI (não deve ser confundido com o índice de preços ao consumidor). O IPC é um indicador do desempenho de um processador, atualmente está muito na moda medir o IPC dos processadores, pois isso determina o quão bom é um processador.

Deixe-me explicar, dois elementos básicos de uma CPU são os núcleos e sua frequência, mas às vezes ter mais núcleos não significa ter mais IPCs; portanto, é possível que uma CPU de 6 núcleos seja menos poderosa que uma CPU de 4 núcleos.

As instruções de um programa são divididas em threads ou estágios e são inseridas no processador para que, idealmente, uma instrução completa seja executada em cada ciclo de clock, isso seria IPC = 1. Dessa maneira, em cada ciclo, uma instrução completa iria e vinha. Mas nem tudo é tão ideal, pois as instruções dependem amplamente de como o programa é construído e do tipo de operações a serem executadas. Adicionar não é o mesmo que multiplicar, nem é o mesmo se um programa tiver vários threads como apenas um.

Existem programas para medir o IPC de um processador sob condições o mais semelhante possível. Esses programas obtêm um valor médio de IPC calculando o tempo que leva para o processador executar um programa. Séries como esta:

Conclusão e links mais interessantes

É realmente um tópico muito interessante, este sobre a Hertz e como é medida a velocidade de um processador. Realmente dá para muitos tópicos falar, mas também não podemos fazer um artigo como romances.

Pelo menos esperamos que o significado do Hertz, a frequência, os ciclos por segundo e o CPI tenham sido bem explicados. Agora deixamos alguns tutoriais interessantes relacionados ao tópico.

Se você tiver alguma dúvida sobre o tópico ou quiser apontar algo, deixe um comentário na caixa.