A velocidade da CPU ou velocidade de clock é um fator que determina o desempenho do computador. Quanto maior a velocidade da CPU, mais rápido o computador pode executar cálculos e executar programas. Nas décadas de 1970 a 2000, as velocidades da CPU aumentaram drasticamente de alguns mega-hertz (MHz) para vários giga-hertz (GHz).
No entanto, na última década, o aumento da velocidade da CPU parece desacelerar e estagnar entre 3-5 GHz. Por que isso está acontecendo? O que atrapalha o desenvolvimento da velocidade da CPU? Existe um limite máximo para a velocidade da CPU?
Bardimin responderá a essas perguntas explicando alguns fatores que afetam a velocidade da CPU e os desafios enfrentados por engenheiros e cientistas para melhorar a velocidade da CPU.
Fatores que afetam a velocidade da CPU
A velocidade da CPU pode ser medida de duas maneiras, ou seja, taxa de clock e instruções por ciclo (IPC). A taxa de clock é o número de ciclos que uma CPU pode executar em um segundo. A unidade usada para medir a taxa de clock é o hertz (Hz), que significa um ciclo por segundo. Instruções por ciclo (IPC) são o número de instruções que a CPU pode executar em um ciclo.
Instruções são comandos básicos que podem ser entendidos pela CPU, como adição, subtração, multiplicação, divisão e assim por diante. O número de instruções que a CPU pode executar em um único ciclo depende do design e da arquitetura da CPU. A velocidade da CPU pode ser calculada multiplicando a taxa de clock e o IPC. Por exemplo, se a CPU tem uma taxa de clock de 4 GHz e IPC 2, então a velocidade da CPU é de 8 bilhões de instruções por segundo.
Os fatores que afetam a taxa de clock e o IPC incluem:
1. Tamanho do transistor
Um transistor é um componente eletrônico que funciona como um interruptor para controlar o fluxo de corrente elétrica. Os transistores podem mudar de forma on (corrente condutora) para off (corrente de parada), ou vice-versa, rapidamente. Transistores são usados para formar portas lógicas, que são circuitos que podem executar operações lógicas, como AND, OR, NOT, e assim por diante.
As portas lógicas são usadas para formar circuitos, que são circuitos que podem executar determinadas funções, como adição, subtração, multiplicador e assim por diante. Os circuitos são usados para formar unidades, partes da CPU que executam determinadas tarefas, como aritmética, lógica, controle, memória e assim por diante. As unidades são usadas para formar a CPU. Assim, os transistores são os elementos básicos da CPU.
Quanto menor o tamanho do transistor, mais transistores podem caber na CPU. Quanto mais transistores carregados em uma CPU, mais portas lógicas, circuitos e unidades podem ser criados na CPU. Quanto mais portas lógicas, circuitos e unidades criadas na CPU , maior o IPC que a CPU pode alcançar.
Além disso, quanto menor o tamanho do transistor, menor a distância que a corrente elétrica na CPU deve percorrer. Quanto menor a distância que a corrente elétrica na CPU deve percorrer, mais rápido a CPU pode mudar de um estado para outro. Quanto mais rápido a CPU pode mudar de um estado para outro, maior a taxa de clock que a CPU pode alcançar. Assim, o tamanho do transistor afeta positivamente a velocidade da CPU.