Ghz: kaj je in kaj je gigaherc v računalništvu

Če vstopite v svet računalništva in gledate procesorje za nakup, boste večkrat prebrali GHz ali Gigahertz ali Gigahertzio. Vse to je popolnoma enako in ne, to ni začimba za hrano, je ukrep, ki se zelo pogosto uporablja v računalništvu in inženiringu.

Kazalo vsebine

Najmanj, kar lahko na tem mestu storimo, je pojasniti, kaj ta ukrep meri in zakaj se danes toliko uporablja. Morda boste po tem jasnejši o številnih stvareh, s katerimi se vsak dan srečujete v svetu elektronike.

Kaj je GHz ali Gigahertz

GHz je okrajšava za meritev, ki jo v španščini imenujemo Gigahertz, čeprav jo lahko najdemo tudi kot Gigahertz. In to res ni osnovni ukrep, ampak gre za večkratni Hertz, konkretno govorimo o 10, 9 milijona hercev.

Zares bomo morali opredeliti Hertz, osnovno meritev in od kod prihajajo Kilohertz (kHz), Megahertz (Mhz) in Gigahertz (GHz). No, ta ukrep je izumil Heinrich Rudolf Hertz, iz čigar priimka prihaja ime ukrepa. Bil je nemški fizik, ki je odkril, kako se v vesolju širijo elektromagnetni valovi. Torej resnično ta meritev prihaja iz sveta valov in ne zgolj iz računalništva.

Hertz predstavlja en cikel na sekundo, pravzaprav do leta 1970 Hertz ni bil imenovan cikel. V primeru, da ne veste, je cikel preprosto ponovitev dogodka na enoto časa, kar bo v tem primeru gibanje vala. Nato Hertz izmeri, kolikokrat se val ponavlja v času, ki je lahko zvok ali elektromagnet. Toda to se lahko razširi tudi na vibracije trdnih snovi ali na morske valove.

Če poskušamo napihniti papir vzporedno z njegovo površino, bomo opazili, da začne valovito ponavljati vzorec vsake toliko pogosto, v sekundah ali tisočinkah sekunde, če močno pihamo. Enako se zgodi z valovi in pri tej razsežnosti imenujemo frekvenco (f) in je obratno obdobje, ki se meri v jasnih sekundah. Če vse to sestavimo skupaj, lahko Hertz določimo kot frekvenco nihanja delca (vala, papirja, vode) v zavarovalni dobi.

Tu lahko vidimo obliko vala in kako se ponavlja v nekem obdobju. V prvem imamo meritev 1 Hz, ker je v eni sekundi utrpel le eno nihanje. In na drugi sliki je v eni sami sekundi nihalo 5 popolnih časov. Zamislite si, koliko bi bilo 5 GHz.

Ime	Simbol	Vrednost (Hz)
Mikroherc	µHz	0, 000001
Millihertz	mHz	0, 001
…	…	…
Hertz	Hz	1
Decahertz	daHz	10
Hektoercij	hHz	100
Kiloherc	kHz	1.000
Megahertz	MHz	1.000.000
Gigahertz	GHz	1.000.000.000
…	…	…

GHz pri računanju

Zdaj ko resnično vemo, kaj je Hertz in od kod prihaja, je čas, da ga uporabimo tudi za računalništvo.

Hertz meri frekvenco elektronskega čipa, za nas je najbolj znan procesor. Torej, prenos definicije nanjo je Hertz število operacij, ki jih procesor lahko opravi v obdobju ene sekunde. Tako se meri hitrost procesorja.

Procesor računalnika (in drugih elektronskih komponent) je naprava, ki je odgovorna za izvajanje določenih operacij, ki se pošljejo iz glavnega pomnilnika v obliki navodil, ki jih ustvarijo programi. Nato je vsak program razdeljen na naloge ali procese in nato v navodila, ki jih bo procesor izvajal enega za drugim.

Več ko ima procesor, več operacij ali navodil lahko izvede v sekundi. Običajno lahko to frekvenco imenujemo tudi " taktna hitrost ", saj se celoten sistem sinhronizira s pomočjo taktnega signala, tako da vsak cikel traja enako časa in je prenos informacij popoln.

CPU razume samo električne signale

Kot boste razumeli, elektronska komponenta razume samo napetosti in ampere, signal / brez signala, zato morajo biti vsa navodila prevedena v ničle in ena. Trenutno so procesorji sposobni delati sočasno z strunami do 64 nič in tistimi, imenovanimi bitovi, in predstavlja prisotnost ali odsotnost napetostnega signala.

CPU prejme le zaporedje signalov, ki jih lahko razlaga s svojo strukturo notranjih logičnih vrat, ki so sestavljena iz tranzistorjev, ki so odgovorni za prenos ali ne prenos električnih signalov. Na ta način mu je mogoče dati "razumljiv pomen" za človeka v obliki matematičnih in logičnih operacij: seštevanje, odštevanje, množenje, delitev, AMD, ALI NE, NOR, XOR. Vse to in še nekaj so operacije, ki jih izvaja CPU in ki jih na našem PC-ju vidimo v obliki iger, programov, slik itd. Radovedno, kajne?

Razvoj GHz

Gigahertza nismo imeli vedno v juhi, pravzaprav so pred skoraj 50 leti inženirji samo sanjali, da bi kdajkoli tako imenovali frekvenco svojih procesorjev.

Tudi začetek ni bil slab, prvi mikroprocesor, ki je bil implementiran na enem čipu, je bil Intel 4004, majhen ščurk, izumljen leta 1970, ki je revolucioniral trg po tistih ogromnih računalnikih z vakuumskimi ventili, ki sploh niso imeli osvetlitve RGB. Točno to je bil čas, ko RGB ni obstajal, predstavljajte si. Dejstvo je, da je ta čip sposoben obdelovati 4-bitne strune s frekvenco 740 KHz, kar je nenazadnje slabo.

Osem let pozneje in po nekaj modelih je prišel Intel 8086, procesor z nič manj kot 16 bitov, ki je deloval od 5 do 10 MHz in je bil še vedno oblikovan kot ščurka. Bil je prvi procesor, ki je uvedel arhitekturo x86, ki jo trenutno imamo na procesorjih, neverjetno. Toda ta arhitektura je bila tako dobra pri ravnanju z navodili, da je bila pred in pozneje pri računanju. Obstajajo tudi drugi, kot je IBM Power9 za strežnike, vendar nedvomno 100% osebnih računalnikov še naprej uporablja x86.

Toda procesor DEC Alpha je prvi čip z navodili RISC dosegel oviro 1 GHz leta 1992, nato je AMD leta 1999 prišel s svojim Athlonom in istega leta je Pentium III dosegel te frekvence.

CPI procesorja

V trenutni dobi imamo procesorje, ki zmorejo doseči do 5 GHz (5.000.000.000 operacij na sekundo) in napolniti, nimajo samo enega, ampak do 32 jeder na enem čipu. Vsako jedro lahko izvede še več operacij na cikel, zato se zmogljivost pomnoži.

Število operacij na cikel se imenuje tudi CPI (da ga ne bomo zamenjali z indeksom cen življenjskih potrebščin). IPC je pokazatelj uspešnosti procesorja, trenutno je zelo modno meriti IPC procesorjev, saj to določa, kako dober je procesor.

Naj razložim, dva osnovna elementa CPU-ja sta jedra in njihova pogostost, vendar včasih imeti več jeder ne pomeni več IPC -jev, zato je možno, da je 6-jedrni CPU manj zmogljiv kot 4-jedrni CPU.

Navodila programa so razdeljena na niti ali stopnje in so vnesena v procesor, tako da bi bilo idealno, da se v vsakem taktu izvaja popolno navodilo, to bi bilo IPC = 1. Na ta način bi v vsakem ciklu prihajalo in odhajalo popolno navodilo. Ni pa vse tako idealno, saj so navodila v veliki meri odvisna od tega, kako je program zgrajen in vrste operacij, ki jih je treba izvesti. Dodajanje ni isto kot množenje, niti ni enako, če ima program več niti kot samo eno.

Obstajajo programi za merjenje IPC procesorja pod čim bolj podobnimi pogoji. Ti programi pridobijo povprečno vrednost IPC tako, da izračunajo čas, ki je potreben, da procesor zažene program. Serije, kot je ta:

Zaključek in več zanimivih povezav

Res je zelo zanimiva tema, ta o Hertzu in kako se meri hitrost procesorja. Resnično daje veliko tem, o katerih bi lahko govorili, vendar tudi člankov kot romanov ne moremo narediti.

Vsaj upamo, da je bil pomen Hertza, frekvenca, cikli na sekundo in CPI dobro razložen. Zdaj vam puščamo nekaj zanimivih vadnic, povezanih s temo.

Če imate kakršna koli vprašanja o temi ali želite kaj opozoriti, nam v polju pustite komentar.