La velocidad de la CPU o la velocidad del reloj es un factor que determina el rendimiento de la computadora. Cuanto mayor sea la velocidad de la CPU, más rápido podrá el ordenador realizar cálculos y ejecutar programas. En las décadas de 1970 a 2000, las velocidades de la CPU aumentaron drásticamente de unos pocos megahercios (MHz) a varios gigahercios (GHz).
Sin embargo, en la última década, el aumento de la velocidad de la CPU parece ralentizarse y estancarse entre 3-5 GHz. ¿Por qué sucede esto? ¿?
Bardimin responderá a estas preguntas explicando algunos factores que afectan a la velocidad de la CPU y los retos a los que se enfrentan los ingenieros y científicos para mejorar la velocidad de la CPU.
Factores que afectan a la velocidad de la CPU
La velocidad de la CPU se puede medir de dos maneras, a saber, la velocidad de reloj y las instrucciones por ciclo (IPC). La velocidad de reloj es el número de ciclos que una CPU puede realizar en un segundo. La unidad utilizada para medir la velocidad del reloj es el hercio (Hz), lo que significa un ciclo por segundo. Las instrucciones por ciclo (IPC) son el número de instrucciones que la CPU puede ejecutar en un ciclo.
Las instrucciones son comandos básicos que pueden ser entendidos por la CPU, como suma, resta, multiplicación, división, etc. El número de instrucciones que la CPU puede ejecutar en un solo ciclo depende del diseño y la arquitectura de la CPU. La velocidad de la CPU se puede calcular multiplicando la velocidad de reloj y el IPC. Por ejemplo, si la CPU tiene una velocidad de reloj de 4 GHz e IPC 2, entonces la velocidad de la CPU es de 8 mil millones de instrucciones por segundo.
Los factores que afectan la velocidad del reloj y el IPC incluyen:
1. Tamaño del transistor
Un transistor es un componente electrónico que funciona como un interruptor para controlar el flujo de corriente eléctrica. Los transistores pueden cambiar rápidamente de encendido (corriente conductora) a apagado (corriente de parada), o viceversa. Los transistores se utilizan para formar puertas lógicas, que son circuitos que pueden realizar operaciones lógicas, como AND, OR, NOT, etc.
Las puertas lógicas se utilizan para formar circuitos, que son circuitos que pueden realizar ciertas funciones, como sumar, restar, multiplicar, etc. Los circuitos se utilizan para formar unidades, partes de la CPU que realizan ciertas tareas, como aritmética, lógica, control, memoria, etc. Las unidades se utilizan para formar la CPU. Por lo tanto, los transistores son los elementos básicos de la CPU.
Cuanto menor sea el tamaño del transistor, más transistores caben en la CPU. Cuantos más transistores se carguen en una CPU, más puertas lógicas, circuitos y unidades se pueden crear en la CPU. Cuantas más puertas lógicas, circuitos y unidades se creen en la CPU , mayor será el IPC que puede alcanzar la CPU.
Además, cuanto menor sea el tamaño del transistor, menor será la distancia que debe recorrer la corriente eléctrica en la CPU. Cuanto más corta sea la distancia que debe recorrer la corriente eléctrica en la CPU, más rápido puede cambiar la CPU de un estado a otro. Cuanto más rápido pueda cambiar la CPU de un estado a otro, mayor será la velocidad de reloj que puede alcanzar la CPU. Por lo tanto, el tamaño del transistor afecta positivamente la velocidad de la CPU.