Was ist die CPU-Geschwindigkeit? (Mit Bildern)
Die CPU-Geschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der Zentraleinheit in einem Computer ist im Wesentlichen die Geschwindigkeit, mit der der Computer Berechnungen durchführen kann, die ihm durch in einen flüchtigen Direktzugriffsspeicher (RAM) geladene Softwareprogrammanweisungen zugeführt werden. Die Prozessorgeschwindigkeit wird durch die Anzahl der in einen Prozessor eingebauten Transistoren, Parallelverbindungen zu anderen Prozessoren, die Kapazität des Busses zur Übertragung von Daten von der CPU zum Speicher und andere Hardwarespezifikationen begrenzt. Die meisten CPUs haben auch eigene Speicherregister, um Kernberechnungen lokal durchzuführen, ohne sie über einen Bus an eine andere Hardwarekomponente und zurück übertragen zu müssen.
Computerprozessoren in aktuellen Systemen können so schnell arbeiten, dass Leistungseinschränkungen in den meisten Personalcomputern viel stärker mit dem Engpass der Buskapazität verbunden sind. Die Größe des verfügbaren Arbeitsspeichers und das Design der Software, die auf das System zugreift, sind ebenfalls kritischer als die tatsächliche CPU-Leistung. Die Multithreading-Kapazität im CPU-Design ist ein weiterer wichtiger Faktor für die Geschwindigkeit. Dies ist die Fähigkeit der CPU, mehrere Aufgaben in einer gemeinsam genutzten Ausführungsumgebung auf der CPU auszuführen, sodass während des Programmiervorgangs weniger Informationen gespeichert und aus dem Speicher abgerufen werden müssen.
Hobbyisten ändern häufig die sogenannte Taktrate einer CPU, indem sie das Gerät übertakten. Ein Teil dessen, was die CPU-Geschwindigkeit auf einem Computer bestimmt, ist die Taktrate oder Taktgeschwindigkeit, die die Anzahl der Taktzyklen basierend auf der internen Uhr des Computers ist, die die CPU benötigt, um einen Befehl auszuführen. Identische CPUs können sehr unterschiedliche Leistungsraten aufweisen, wenn eine getaktet wird, um beispielsweise zwei Zahlen in 10 Zyklen zu addieren, während die andere CPU die gleiche Berechnung in 2-Takt-Zyklen durchführt.
Durch Übertakten der CPU eines Computers wird die Synchronisation mit der Geschwindigkeit des Busses gestört. Auf älteren Systemen, die mit neuen Busarchitekturen erweitert wurden, kann die CPU-Leistung jedoch erheblich gesteigert werden. Neuere Prozessoren profitieren jedoch nicht von Änderungen der Taktrate, da sie bereits auf einem Niveau arbeiten, das weit über dem liegt, mit dem Bus- und Computerspeicher umgehen können. Mit einer CPU-Geschwindigkeit im Bereich von mehreren Gigahertz werden Milliarden von Berechnungen pro Sekunde durchgeführt. Eine 2,4-Gigahertz-CPU kann daher 2,4 Milliarden Berechnungen pro Sekunde ausführen, während ein typischer 32- oder 64-Bit-PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect) im Bereich von 127 bis 508 Megabyte (Millionen von Bytes) pro Sekunde ausgeführt wird.
Ein weiterer einschränkender Faktor für die CPU-Geschwindigkeit, ob übertaktet oder nicht, ist die Fähigkeit des gesamten Computersystems, Wärme vom Prozessor abzuleiten, da eine erhöhte Wärme eine Wärmebarriere für die Übertragung elektrischer Signale in Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren erzeugt ( MOSFET) CPU-Designs. Schnellere Prozessoren erfordern Stromversorgungen mit höherer Wattzahl, was zu einer größeren Wärmeerzeugung führt. Kühlkörper, die als Mini-Radiatoren fungieren, sind auf der Oberfläche von Prozessoren angebracht, um Wärme durch Wärmeleitung abzuleiten, und Lüftersysteme im Computergehäuse leiten sie ebenfalls durch Konvektion ab.
Das parallele Ausführen mehrerer Prozessoren zur gemeinsamen Nutzung von Datenberechnungen auf einem Computer ist heute bei den meisten Computern ein gängiger Ansatz zur Erhöhung der CPU-Geschwindigkeit. Bei fortschrittlichen Systemen ist auch eine Flüssigkeitskühlung erforderlich, um die CPU auf einer stabilen Temperatureinstellung zu halten. Sehr fortschrittliche Supercomputer arbeiten mit Tausenden von Prozessoren, die parallel arbeiten, und werden mit flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium auf Temperaturen um -269 ° Celsius (-452 ° Fahrenheit) gekühlt, wobei die Taktraten über 500 Gigahertz oder 500 Milliarden Berechnungen pro Sekunde liegen.