Ghz: cos'è e cosa è un gigahertz nell'informatica

Se stai entrando nel mondo dell'informatica e stai cercando processori da acquistare, avrai letto molte volte GHz o Gigahertz o Gigahertzio. Tutto questo è esattamente lo stesso, e no, non è un condimento alimentare, è una misura che viene utilizzata molto spesso in informatica e ingegneria.

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Quindi il minimo che possiamo fare a questo punto è spiegare cosa misura questa misura e perché è usata così tanto oggi. Forse dopo questo, sarai più chiaro su molte cose che incontri ogni giorno nel mondo dell'elettronica.

Che cos'è un GHz o Gigahertz

GHz è l'abbreviazione di una misura utilizzata nell'elettronica chiamata Gigahertz in spagnolo, sebbene possiamo anche trovarla come Gigahertz. E non è davvero una misura di base, ma è un multiplo di Hertz, in particolare stiamo parlando di 10, 9 milioni di Hertz.

Quindi davvero ciò che dovremo definire è l'Hertz, la misura di base e da dove provengono Kilohertz (kHz), Megahertz (Mhz) e Gigahertz (GHz). Bene, questa misura è stata inventata da Heinrich Rudolf Hertz, dal cui cognome deriva il nome della misura. Era un fisico tedesco che ha scoperto come le onde elettromagnetiche si propagano nello spazio. Quindi davvero questa misurazione proviene dal mondo delle onde e non semplicemente dal calcolo.

Un Hertz rappresenta un ciclo al secondo, infatti, fino al 1970, Hertz non era chiamato cicli. Nel caso non lo sapessi, un ciclo è semplicemente la ripetizione di un evento per unità di tempo, che in questo caso sarà il movimento di un'onda. Quindi un Hertz misura il numero di volte in cui un'onda si ripete nel tempo, che può essere sonora o elettromagnetica. Ma questo è estendibile anche alle vibrazioni dei solidi o alle onde del mare.

Se proviamo a soffiare una carta parallela alla sua superficie, noteremo che inizia a ondulare ripetendo lo schema ogni tanto, in secondi o millesimi di secondo se soffiamo forte. Lo stesso accade con le onde, e a questa grandezza la chiamiamo frequenza (f) ed è l'inverso di un periodo, che viene misurato in secondi chiari. Se mettiamo tutto insieme, possiamo definire Hertz come la frequenza di oscillazione di una particella (di un'onda, carta, acqua) in un periodo di assicurazione.

Qui possiamo vedere la forma di un'onda e come si ripete per un periodo. Nel primo, abbiamo la misura di 1 Hz, perché in un secondo ha subito solo un'oscillazione. E nella seconda immagine, in un solo secondo ha oscillato 5 volte complete. Immagina quindi quanto sarebbe 5 GHz.

nome	I simbolo	Valore (Hz)
Microhercio	μHz	0.000001
Milihercio	mHz	0, 001
…	…	…
Hertz	Hz	1
Decahercio	daHz	10
Hectoercio	HHZ	100
kilohertz	kHz	1000
megahertz	MHz	1.000.000
gigahertz	GHz	1, 000, 000, 000
…	…	…

GHz in informatica

Ora che sappiamo davvero cos'è un Hertz e da dove proviene, è tempo di applicarlo al computer.

L'Hertz misura la frequenza di un chip elettronico, per noi il più noto è il processore. Quindi trasferendo la definizione su di essa, un Hertz è il numero di operazioni che un processore può eseguire in un periodo di un secondo. Ecco come viene misurata la velocità di un processore.

Il processore di un computer (e di altri componenti elettronici) è un dispositivo responsabile dell'esecuzione di determinate operazioni che vengono inviate dalla memoria principale sotto forma di istruzioni generate dai programmi. Quindi ogni programma viene suddiviso in attività o processi e, a sua volta, in istruzioni, che verranno eseguite una alla volta dal processore.

Più hertz ha un processore, più operazioni o istruzioni può eseguire in un secondo. In comune, possiamo anche chiamare questa frequenza " velocità di clock ", poiché l'intero sistema è sincronizzato per mezzo di un segnale di clock in modo che ciascun ciclo duri allo stesso tempo e il trasferimento di informazioni sia perfetto.

La CPU comprende solo i segnali elettrici

Come capirai, un componente elettronico comprende solo tensioni e amplificatori, segnale / nessun segnale, quindi tutte le istruzioni devono essere tradotte in zeri e in uno. Attualmente, i processori sono in grado di funzionare contemporaneamente con stringhe fino a 64 zeri e uno, chiamati bit, e rappresentano la presenza o l'assenza di un segnale di tensione.

La CPU riceve solo una successione di segnali che è in grado di interpretare con la sua struttura di porte logiche interne , che a loro volta sono composte da transistor che sono responsabili del passaggio o non passaggio di segnali elettrici. In questo modo è possibile dargli un "significato comprensibile" per l'essere umano, sotto forma di operazioni matematiche e logiche: addizione, sottrazione, moltiplicazione, divisione, AMD, OR, NOT, NOR, XOR. Tutte queste e alcune altre sono le operazioni che la CPU fa e che vediamo sul nostro PC sotto forma di giochi, programmi, immagini, ecc. Curioso, vero?

L'evoluzione di GHz

Non abbiamo sempre avuto Gigahertz nella zuppa, infatti, quasi 50 anni fa, gli ingegneri hanno solo sognato di nominare mai la frequenza dei loro processori in questo modo.

Anche l'inizio non è stato male, il primo microprocessore implementato su un singolo chip è stato Intel 4004, un piccolo scarafaggio inventato nel 1970 che ha rivoluzionato il mercato dopo quegli enormi computer basati su valvole a vuoto che non avevano nemmeno l'illuminazione RGB. Esatto, c'è stato un tempo in cui RGB non esisteva, immagina. Il fatto è che questo chip era in grado di elaborare stringhe a 4 bit con una frequenza di 740 KHz, non male, tra l'altro.

Otto anni dopo, e dopo alcuni modelli, arrivò la Intel 8086, un processore di non meno di 16 bit che funzionava da 5 a 10 MHz ed era ancora a forma di scarafaggio. È stato il primo processore a implementare l'architettura x86, che attualmente abbiamo sui processori, incredibile. Ma questa architettura era così brava a gestire le istruzioni che era un prima e un dopo nel calcolo. Ce ne sono stati anche altri come Power9 di IBM per server, ma senza dubbio il 100% dei personal computer continua a utilizzare x86.

Ma fu il processore DEC Alpha il primo chip con istruzioni RISC che raggiunse la barriera di 1 GHz nel 1992, quindi AMD arrivò con il suo Athlon nel 1999 e nello stesso anno i Pentium III raggiunsero queste frequenze.

L'IPC di un processore

Nell'era attuale abbiamo processori che sono in grado di raggiungere fino a 5 GHz (5.000.000.000 di operazioni al secondo) e per finire non hanno solo uno, ma fino a 32 core su un singolo chip. Ogni core è in grado di eseguire ancora più operazioni per ciclo, quindi la capacità si moltiplica.

Il numero di operazioni per ciclo è anche chiamato CPI (da non confondere con l'indice dei prezzi al consumo). L'IPC è un indicatore delle prestazioni di un processore, attualmente è molto di moda misurare l'IPC dei processori, poiché questo determina quanto è buono un processore.

Lasciatemi spiegare, due elementi di base di una CPU sono i core e la loro frequenza, ma a volte avere più core non implica avere più IPC, quindi è possibile che una CPU a 6 core sia meno potente di una CPU a 4 core.

Le istruzioni di un programma sono divise in thread o fasi e sono inserite nel processore in modo che, idealmente, venga eseguita un'istruzione completa in ogni ciclo di clock, questo sarebbe IPC = 1. In questo modo, in ogni ciclo, un'istruzione completa andava e veniva. Ma non tutto è così ideale, poiché le istruzioni dipendono in gran parte dalla modalità di creazione del programma e dal tipo di operazioni da eseguire. L'aggiunta non equivale alla moltiplicazione, né è la stessa se un programma ha più thread come uno solo.

Esistono programmi per misurare l'IPC di un processore in condizioni il più simili possibile. Questi programmi ottengono un valore IPC medio calcolando il tempo impiegato dal processore per eseguire un programma. Serie come questa:

Conclusione e collegamenti più interessanti

È davvero un argomento molto interessante, questo su Hertz e su come viene misurata la velocità di un processore. Dà davvero molti argomenti di cui parlare, ma non possiamo neanche fare un articolo come i romanzi.

Almeno speriamo che il significato di Hertz, la frequenza, i cicli al secondo e l'IPC siano stati ben spiegati. Ora ti lasciamo con alcuni tutorial interessanti relativi all'argomento.

Se hai domande sull'argomento o vuoi segnalare qualcosa, lasciaci un commento nella casella.