Porque é que as CPUs funcionam frequentemente na frequência máxima quando estão ociosas?

CPU velocidade de estrangulamento está relacionada com a temperatura. A CPU funcionará a uma velocidade de relógio alta desde que não fique muito quente.

Uma CPU ociosa faz muito pouco trabalho, por isso não fica quente, por isso não há necessidade de abrandar.

Porquê isto? O consumo de energia nas CPUs é causado por circuitos que mudam de "alto" para "baixo" e voltam novamente. Existem milhões de circuitos, mas muito poucos deles realmente mudam durante a execução do programa "ocioso" para que ele não use muita energia.

O que significa "ocioso"? Existe um sistema operacional para executar programas. Ele mantém uma lista de processos, e até mesmo uma máquina ociosa terá centenas deles. O sistema operacional procura um que esteja pronto para rodar e também lida com interrupções e dispositivos de E/S. Em uma máquina ociosa não há muita coisa acontecendo. O processo que mantém o relógio pode acordar com base em uma interrupção do timer, atualizar o relógio e voltar a dormir. O processo que mantém o cache do disco pode acordar, descobrir que nenhum trabalho precisa ser feito, e voltar a dormir. Um pacote de rede pode chegar, acionando o processo de entrada de rede para acordar, decidir que o pacote não é interessante, e voltar a dormir.

P>A maior parte do tempo, não há processos esperando para serem executados. Em processadores x86, o sistema operacional pode até mesmo executar a instrução WAIT, que explicitamente vai para um estado de baixa energia até que "algo aconteça" como uma interrupção do timer. Mesmo que o SO permaneça acordado executando um loop "está alguma coisa pronta?" ele não usará muita energia porque um programa tão simples não usará que muitos dos circuitos do chip.

Desde que o consumo de energia seja baixo, o chip não aquecerá, e o processador não sentirá a necessidade de diminuir a velocidade.