O que significa "taxa de relógio da CPU"? Como é que contribui para o desempenho de um PC?

A CPU lê uma instrução da RAM, descodifica-a para ver o que significa, executa-a, e depois escreve os resultados. E faz isto uma e outra vez e outra vez... Na verdade uma CPU só tem um trabalho, como eu descrevi, para buscar e executar instruções.

OK. Podemos facilmente ver que isso é um trabalho que se repete periodicamente. Precisamos de algo para dizer periodicamente à nossa CPU para fazer o seu trabalho. Porque, como alguns de nós, ele's é preguiçoso e precisa de alguém que lhe diga constantemente para fazer o seu trabalho! Isso's onde a CPU tem uma entrada de relógio. A entrada do relógio recebe um sinal de onda quadrada e usa isso para agendar tarefas da CPU.

Por exemplo, um relógio de 1GHz, faz tic-tac um bilhão de vezes por segundo. Então, com a descrição acima, esperamos que nossa CPU execute um bilhão de instruções por segundo. Mas infelizmente, é't true!

Cada ciclo de relógio diz realmente à CPU para avançar um passo. Talvez o novo passo seja a próxima instrução, mas talvez o novo passo seja apenas o próximo passo na instrução complicada atual. Veja, algumas instruções como divisões de ponto flutuante, às vezes consistem em muitos passos e às vezes precisam de mais de mil tiques de relógio (ciclos) para serem completados. Alguns desses passos são até loops.

Algumas outras instruções mais simples como a adição de números inteiros, só precisa de um ciclo para completar na maioria dos processadores.

Desde que cada arquitetura de processador tem instruções diferentes e suas instruções precisam de uma contagem de ciclos diferente, nós realmente não podemos usar as taxas de relógio de duas CPUs diferentes para ver qual delas é mais rápida. Por exemplo, podemos't dizer que um processador 2.8GHz x86 é mais rápido que um processador ARM de 1.8GHz apenas porque tem um relógio mais rápido. Mas com os mesmos processadores com exactamente a mesma arquitectura e design interno, o processador de 2.8GHz é sempre mais rápido que um de 2.4GHz.

>p>alguns processadores como o ARM (nos seus telefones e pastilhas), AVR (na sua máquina de lavar roupa) e ... são arquitectura RISC. Eles têm instruções mais simples, mas executam a maioria das suas instruções em um ciclo de relógio. Isto significa que você recebe cerca de 1MIPS (Mega Instructions Per Second) para cada MHz de relógio. Alguns outros processadores como o Intel x86 (no seu PC e laptop) são da arquitetura CISC. Isso significa que eles têm instruções complicadas que alguns deles levam centenas ou milhares de ciclos de relógio para completar.

mas na verdade eles não são muito diferentes. As instruções complicadas do CISC fazem com que o processador seja maior, mais difícil de projetar, mais caro e mais complicado. Mas como podemos usar uma única instrução complexa no lugar de, digamos, cem instruções simples, isso faz com que nossos programas fiquem mais simples e menores. Os processadores RISC são mais fáceis de projetar, mais baratos e menores, porque eles não'não têm nenhuma instrução complicada. Mas isso faz com que nossos programas fiquem maiores e mais difíceis.

Algumas pessoas podem pensar que, porque os processadores RISC executam a maioria das suas instruções em um ciclo de relógio, então eles'são mais rápidos que os processadores CISC. Isto está errado! Como um processador RISC não tem instruções complexas, precisamos simulá-las em nosso programa (ou no microcódigo da CPU's) usando instruções menores e mais simples. Assim, por exemplo, simulamos uma operação de divisão de ponto flutuante de 1000 ciclos usando cinquenta operações de 20 ciclos (50×20=1000) mais simples. Assim, na realidade, não haverá quase nenhuma diferença na sua velocidade.

O sinal do relógio também tem um outro trabalho importante. Para sincronizar a CPU com outros dispositivos como a RAM, etc. Assim, todos os dispositivos do seu PC estarão trabalhando em sincronia. Por exemplo, a sua RAM sabe quando esperar que a CPU lhe peça uma operação de leitura/escrita. Você pode imaginar desfiles do exército, quando um soldado assobia repetidamente, e outros soldados caminham em sincronia com o seu apito. Neste caso, o apito é o relógio, seu som é os ciclos do relógio, o soldado apito é o gerador do relógio, e os soldados são os dispositivos que se movem em sincronia com o som do apito, e assim em sincronia entre si.

Obviamente, minha resposta é excessivamente simplificada. Temos assuntos mais complicados como pipeline, superscalar, super pipeline, Hyper-Threading, cache, SMP, etc. Eles também dependem principalmente do relógio da CPU. Mas eu tentei dizer as partes mais importantes em termos simples para ser facilmente compreensível.

Para resumir, taxa de relógio significa quantas vezes o relógio da CPU faz tic-tac em um segundo. Cada tic tac do relógio diz à CPU para passar para o próximo passo. Esse passo é às vezes uma nova instrução, e às vezes o próximo passo na execução da instrução atual.