Cos'è la velocità della CPU?
La velocità della CPU, o la velocità dell'unità di elaborazione centrale in un computer, è essenzialmente la velocità alla quale il computer può eseguire calcoli che vengono alimentati attraverso le istruzioni del programma software caricate nella memoria volatile ad accesso casuale (RAM). La velocità del processore è limitata dal numero di transistor integrati in un processore, dalle connessioni parallele ad altri processori, dalla capacità del bus di trasmettere i dati avanti e indietro dalla CPU alla memoria e da altre specifiche hardware. La maggior parte delle CPU ha anche i propri registri di memoria per eseguire calcoli core localmente, senza doverli trasmettere attraverso un bus a un altro componente hardware e viceversa.
I processori di computer sui sistemi attuali sono in grado di funzionare a un ritmo così rapido che le limitazioni delle prestazioni nella maggior parte dei personal computer sono legate molto più al collo di bottiglia della capacità del bus. La quantità di RAM disponibile e la progettazione del software che accede al sistema sono anche più critiche rispetto alle prestazioni effettive della CPU stessa. La capacità di multithreading nella progettazione della CPU è un altro fattore chiave di velocità, che è la capacità della CPU di eseguire più attività in un ambiente di esecuzione condiviso sulla CPU, quindi è necessario archiviare e recuperare meno informazioni dalla memoria durante le operazioni del programma.
Gli hobbisti cambieranno spesso ciò che è noto come velocità di clock su una CPU, overcloccando il dispositivo. Parte di ciò che determina la velocità della CPU su un computer è la sua frequenza di clock, ovvero la velocità di clock, che è il numero di cicli di clock, basato sul clock interno del computer, di cui la CPU ha bisogno per eseguire un'istruzione. Le CPU identiche possono avere tassi di prestazioni molto diversi se uno è sincronizzato, ad esempio, per aggiungere due numeri insieme in 10 cicli, in cui l'altra CPU esegue lo stesso calcolo in cicli di 2 orologi.
Mentre l'overclocking della CPU di un computer lo porterà fuori sincronizzazione con la velocità del bus, può aumentare considerevolmente le prestazioni della CPU su sistemi più vecchi che sono stati migliorati con nuove architetture di bus. I processori più recenti non trarranno vantaggio dalle variazioni della velocità di clock, poiché stanno già funzionando a un livello molto superiore a quello che possono gestire la memoria del bus e del computer. Con la velocità della CPU nella gamma multipla di gigahertz, vengono eseguiti miliardi di calcoli al secondo. Una CPU da 2,4 gigahertz può quindi eseguire 2,4 miliardi di calcoli al secondo, mentre un tipico bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a 32 o 64 bit funzionerà nell'intervallo 127–508 megabyte (milioni di byte) al secondo.
Un altro fattore limitante per la velocità della CPU, overcloccata o meno, riguarda la capacità dell'intero sistema informatico di dissipare il calore lontano dal processore, poiché l'aumento del calore genera una barriera termica per la trasmissione di segnali elettrici nel transistor ad effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo ( MOSFET) CPU design. Processori più veloci richiedono alimentatori con potenza più elevata, il che si traduce in una maggiore generazione di calore. I dissipatori di calore, che fungono da mini radiatori, sono costruiti sulla superficie dei processori per dissipare il calore per conduzione e i sistemi di ventilazione all'interno dell'alloggiamento del computer lo trasportano via anche per convezione.
L'esecuzione di più processori in parallelo per condividere i calcoli dei dati su un computer è ora un approccio comune con la maggior parte dei computer per aumentare la velocità della CPU. Su sistemi avanzati, è anche coinvolto il raffreddamento a liquido per mantenere la CPU a una temperatura stabile. I supercomputer molto avanzati utilizzano migliaia di processori che funzionano in parallelo e vengono raffreddati con azoto liquido o elio liquido a temperature intorno a -452 ° Fahrenheit (-269 ° Celsius), con velocità di clock che superano i 500 gigahertz o 500 miliardi di calcoli al secondo.