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Frequencia de clock

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(Redirecionado de Frequencia de relogio )

Na computacao , a taxa de clock , velocidade do clock ou frequencia de clock normalmente se refere a frequencia na qual o gerador de clock de um processador pode gerar pulsos , que sao usados ??para sincronizar as operacoes de seus componentes, [ 1 ] e e usado como um indicador da velocidade do processador. E medido na unidade SI de frequencia hertz (Hz).

A frequencia do clock da primeira geracao de computadores era medida em hertz ou quilohertz (kHz), os primeiros computadores pessoais (PCs) que chegaram ao longo das decadas de 1970 e 1980 tinham frequencias medidas em megahertz (MHz) e, no seculo 21, a velocidade das CPUs modernas e comumente anunciada em gigahertz (GHz). Essa metrica e mais util ao comparar processadores da mesma familia, mantendo constantes outros recursos que podem afetar o desempenho .

Fatores determinantes [ editar | editar codigo-fonte ]

Armazenamento [ editar | editar codigo-fonte ]

Os fabricantes de processadores modernos normalmente cobram precos mais elevados por processadores que operam em taxas de clock mais altas, uma pratica chamada binning . Para uma determinada CPU, as taxas de clock sao determinadas no final do processo de fabricacao por meio de testes reais de cada processador. Os fabricantes de chips publicam uma especificacao de "taxa de clock maxima" e testam os chips antes de vende-los para garantir que atendam a essa especificacao, mesmo ao executar as instrucoes mais complicadas com os padroes de dados que levam mais tempo para serem estabilizados (testes em temperatura e tensao). que da o menor desempenho). Processadores testados com sucesso quanto a conformidade com um determinado conjunto de padroes podem ser rotulados com uma frequencia de clock mais alta, por exemplo, 3,50 GHz, enquanto aqueles que falham nos padroes de frequencia de clock mais alta, mas passam nos padroes de uma taxa de clock mais baixa, podem ser rotulados com o frequencia de clock mais baixa, por exemplo, 3,3 GHz, e vendida a um preco mais baixo. [ 2 ] [ 3 ]

Engenharia [ editar | editar codigo-fonte ]

A taxa de clock de uma CPU e normalmente determinada pela frequencia de um cristal oscilador . Normalmente, um oscilador de cristal produz uma onda senoidal fixa ? o sinal de referencia de frequencia. Os circuitos eletronicos traduzem isso em uma onda quadrada na mesma frequencia para aplicacoes eletronicas digitais (ou, ao usar um multiplicador de CPU , algum multiplo fixo da frequencia de referencia do cristal). A rede de distribuicao de clock dentro da CPU transporta esse sinal de clock para todas as partes que precisam dele. Um conversor A/D possui um pino de “clock” acionado por um sistema semelhante para definir a taxa de amostragem . Com qualquer CPU especifica, substituir o cristal por outro cristal que oscile na metade da frequencia (" underclocking ") geralmente fara com que a CPU funcione com metade do desempenho e reduzira o calor residual produzido pela CPU. Por outro lado, algumas pessoas tentam aumentar o desempenho de uma CPU substituindo o cristal oscilador por um cristal de frequencia mais alta (“ overclocking ”). [ 4 ] No entanto, a quantidade de overclock e limitada pelo tempo que a CPU leva para se estabilizar apos cada pulso e pelo calor extra criado.

Apos cada pulso de clock, as linhas de sinal dentro da CPU precisam de tempo para se estabelecerem em seu novo estado. Ou seja, toda linha de sinal deve terminar a transicao de 0 para 1, ou de 1 para 0. Se o proximo pulso de clock vier antes disso, os resultados serao incorretos. No processo de transicao, alguma energia e desperdicada na forma de calor (principalmente dentro dos transistores de acionamento). Ao executar instrucoes complicadas que causam muitas transicoes, quanto maior a frequencia do clock, mais calor sera produzido. Os transistores podem ser danificados pelo calor excessivo.

Ha tambem um limite inferior da taxa de clock, a menos que seja usado um nucleo totalmente estatico .

Marcos historicos e registros atuais [ editar | editar codigo-fonte ]

O primeiro computador analogico totalmente mecanico, o Z1 , operava a uma frequencia de clock de 1 Hz (ciclo por segundo) e o primeiro computador eletromecanico de uso geral, o Z3 , operava a uma frequencia de cerca de 5?10 Hz. O primeiro computador eletronico de uso geral, o ENIAC , usava um relogio de 100 kHz em sua unidade de ciclagem. Como cada instrucao levava 20 ciclos, ela tinha uma taxa de instrucao de 5 kHz.

O primeiro PC comercial, o Altair 8800 (da MITS), usava uma CPU Intel 8080 com clock de 2 MHz (2 milhoes de ciclos por segundo). O IBM PC original (c. 1981) tinha uma frequencia de clock de 4,77 MHz (4.772.727 ciclos por segundo). Em 1992, tanto a Hewlett-Packard quanto a Digital Equipment Corporation quebraram o dificil limite de 100 MHz com tecnicas RISC no PA-7100 e AXP 21064 DEC Alpha , respectivamente. Em 1995, o chip P5 Pentium da Intel funcionava a 100 MHz (100 milhoes de ciclos por segundo). Em 6 de marco de 2000, a AMD demonstrou ter ultrapassado o marco de 1 GHz alguns dias antes da Intel comercializar 1 GHz em sistemas. Em 2002, um modelo Intel Pentium 4 foi apresentado como o primeiro CPU com uma frequencia de clock de 3 GHz (tres bilhoes de ciclos por segundo correspondendo a ~0,33 nanossegundos por ciclo). Desde entao, a frequencia dos processadores de producao aumentou muito mais lentamente, com melhorias de desempenho provenientes de outras alteracoes de design.

Estabelecido em 2011, o Guinness World Records para a maior taxa de clock da CPU e de 8,42938 GHz com um chip AMD FX-8150 Bulldozer com overclock em um banho criogenico LHe / LN2 , 5 GHz no ar . [ 5 ] [ 6 ] Isso e superado pelo recorde de overclocking CPU-Z para a maior taxa de clock da CPU em 8,79433 GHz com um chip baseado em AMD FX-8350 Piledriver banhado em LN2 , alcancado em novembro de 2012. [ 7 ] [ 8 ] Tambem e superado pelo AMD FX-8370, um pouco mais lento, com overclock para 8,72 GHz, que esta no topo das classificacoes de frequencia HWBOT . [ 9 ] [ 10 ] Esses recordes foram quebrados no final de 2022, quando um Intel Core i9-13900K teve overclock para 9,01 GHz. [ 11 ]

O clock base mais alto em um processador de producao e o IBM zEC12 , com clock de 5,5 GHz, lancado em agosto de 2012.

Pesquisa [ editar | editar codigo-fonte ]

Os engenheiros continuam a encontrar novas maneiras de projetar CPUs que se estabelecam um pouco mais rapidamente ou que usem um pouco menos de energia por transicao, diminuindo esses limites e produzindo novas CPUs que podem funcionar com frequencias de clock ligeiramente mais altas. Os limites finais da energia por transicao sao explorados na computacao reversivel .

A primeira CPU totalmente reversivel, o Pendulum, foi implementada usando transistores CMOS padrao no final da decada de 1990 no MIT. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

Os engenheiros tambem continuam a encontrar novas maneiras de projetar CPUs para que completem mais instrucoes por ciclo de clock, alcancando assim uma contagem de CPI (ciclos ou ciclos de clock por instrucao) mais baixa, embora possam funcionar na mesma taxa de clock ou em uma taxa de clock menor que CPUs mais antigas. Isto e conseguido atraves de tecnicas arquitetonicas, como pipeline de instrucoes e execucao fora de ordem , que tentam explorar o paralelismo no nivel de instrucao no codigo.

A IBM esta trabalhando em uma CPU de 100 GHz. Em 2010, a IBM demonstrou um transistor baseado em grafeno que pode executar 100 bilhoes de ciclos por segundo. [ 16 ]

Comparacao [ editar | editar codigo-fonte ]

A taxa de clock de uma CPU e mais util para fornecer comparacoes entre CPUs da mesma familia. A taxa de clock e apenas um dos varios fatores que podem influenciar o desempenho ao comparar processadores de familias diferentes. Por exemplo, um IBM PC com uma CPU Intel 80486 rodando a 50 MHz sera cerca de duas vezes mais rapido (apenas internamente) do que um com a mesma CPU e memoria rodando a 25 MHz, embora o mesmo nao seja verdade para o MIPS R4000 rodando na mesma frequencia, pois os dois sao processadores diferentes que implementam arquiteturas e microarquiteturas diferentes. Alem disso, uma medida de "taxa de clock cumulativa" as vezes e assumida tomando o total de nucleos e multiplicando pela taxa de clock total (por exemplo, um processador dual-core de 2,8 GHz rodando a 5,6 GHz cumulativos). Existem muitos outros fatores a serem considerados ao comparar o desempenho das CPUs, como a largura do barramento de dados da CPU, a latencia da memoria e a arquitetura do cache .

A taxa de clock por si so e geralmente considerada uma medida imprecisa de desempenho ao comparar diferentes familias de CPUs. Benchmarks de software sao mais uteis. As vezes, as taxas de clock podem ser enganosas, pois a quantidade de trabalho que diferentes CPUs podem realizar em um ciclo varia. Por exemplo, processadores superescalares podem executar mais de uma instrucao por ciclo (em media), mas nao e incomum que executem “menos” em um ciclo de clock. Alem disso, CPUs subescalares ou o uso de paralelismo tambem podem afetar o desempenho do computador, independentemente da frequencia do clock.

Ver tambem [ editar | editar codigo-fonte ]

Referencias

  1. Este artigo foi originalmente baseado em material do Free On-line Dictionary of Computing que e licenciado sob a GFDL .
  2. [1]  
  3. [2]  
  4. Soderstrom, Thomas (11 de dezembro de 2006). ≪Overclocking Guide Part 1: Risks, Choices and Benefits : Who Overclocks?≫ . "Overclocking" early processors was as simple – and as limited – as changing the discrete clock crystal ... The advent of adjustable clock generators has allowed "overclocking" to be done without changing parts such as the clock crystal.  
  5. ≪Highest clock frequency achieved by a silicon processor≫  
  6. Chiappetta, Marco (23 de setembro de 2011). ≪AMD Breaks 8 GHz Overclock with Upcoming FX Processor, Sets World Record with AMD FX 8350≫ . HotHardware . Consultado em 1 de dezembro de 2023 . Arquivado do original em 10 de marco de 2015  
  7. ≪CPU-Z Validator - World Records≫  
  8. ≪8.79GHz FX-8350 is the Fastest Ever CPU | ROG - Republic of Gamers Global≫  
  9. James, Dave (16 de dezembro de 2019). ≪AMD's Ryzen rules overclocking world records… but can't beat a 5 year-old chip≫ . pcgamesn . Consultado em 1 de dezembro de 2023  
  10. ≪CPU Frequency: Hall of Fame≫ . hwbot.org . HWBOT . Consultado em 1 de dezembro de 2023  
  11. White, Monica J (22 de dezembro de 2022). ≪Overclockers surpassed the elusive 9GHz clock speed. Here's how they did it≫ . digitaltrends . Consultado em 1 de dezembro de 2023  
  12. ≪The Reversible and Quantum Computing Group (Revcomp)≫ . www.cise.ufl.edu . Consultado em 2 de dezembro de 2023  
  13. Swaine, Michael. ≪Backward to the Future≫ . Dr. Dobb's . Consultado em 2 de dezembro de 2023  
  14. Michael P. Frank. "Reversible Computing: A Requirement for Extreme Supercomputing" . Arquivado em 2016-03-03 no Wayback Machine
  15. Matthew Arthur Morrison. "Theory, Synthesis, and Application of Adiabatic and Reversible Logic Circuits For Security Applications" . 2014.
  16. ≪IBM Details World's Fastest Graphene Transistor≫ . PCWorld (em ingles). 5 de fevereiro de 2010 . Consultado em 1 de dezembro de 2023