Ghz：コンピューティングにおけるギガヘルツとは何か

コンピューティングの世界に入り、購入するプロセッサを検討している場合、 GHzまたはGigahertzまたはGigahertzioを何度も読んでいることでしょう。これはまったく同じです。いいえ、それは食品の調味料ではなく、 コンピューティングとエンジニアリングで非常に頻繁に使用される測定です。

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したがって、現時点で私たちができることは、この措置が何を測定するのか、そしてなぜ今日それがそれほど多く使用されているのかを説明することです 。おそらくこの後、あなたはエレクトロニクスの世界で毎日遭遇する多くの事柄についてより明確になるでしょう。

GHzまたはギガヘルツとは

GHzは、 スペイン語でギガヘルツと呼ばれる電子機器で使用される測定の略語ですが、 ギガヘルツとしても知られています。そして、それは実際には基本的な測定値ではありませんが、 ヘルツの倍数です 。具体的には、10.9百万ヘルツについて話しています。

したがって、実際に定義する必要があるのは、基本測定であるヘルツと、 キロヘルツ（kHz）、メガヘルツ（Mhz）、ギガヘルツ（GHz）の出所です。さて、この測定はハインリッヒルドルフヘルツによって発明されました。彼はドイツの物理学者で、電磁波が宇宙でどのように伝播するかを発見しました 。つまり、この測定は波の世界からのものであり、純粋にコンピューティングからのものではありません。

ヘルツは1秒あたり1サイクルを表します。実際、1970年まで、ヘルツはサイクルと呼ばれていませんでした。わからない場合は、サイクルは単位時間あたりのイベントの繰り返しです。この場合、波の動きになります。次に、ヘルツは、波が時間内に繰り返す回数を測定します。これは、音または電磁気の場合があります。しかし、これは固体の振動や海の波にも拡張できます。

紙をその表面に平行に吹き付けようとすると、激しく吹き付けた場合、パターンがたまに秒単位または数千秒単位で繰り返し波打つようになります。同じことが波にも起こり、この大きさでそれを周波数（f）と呼びます。これは、クリア秒（s）で測定される周期の逆数です。 すべてをまとめると、 ヘルツを保険期間中の（波、紙、水の）粒子の振動の周波数として定義できます。

ここでは、波の形と、それが周期にわたってどのように繰り返されるかを確認できます。 最初の例では、1 Hzで測定しました 。これは、1秒間に1つの振動しか受けていないためです。そして2番目の画像では、1秒で5回完全に振動しています。それでは、5 GHzがどれくらいかを想像してみてください。

お名前	シンボル	値（Hz）
マイクロヘルツ	µHz	0.000001
ミリヘルツ	mHz	0.001
…	…	…
ヘルツ	Hz	1
デカヘルツ	daHz	10
ヘクトエルミウム	hHz	100
キロヘルツ	kHz	1, 000
メガヘルツ	MHz	1, 000, 000
ギガヘルツ	GHz	1, 000, 000, 000
…	…	…

コンピューティングにおけるGHz

ヘルツとは何か、どこから来たのかがわかったところで、次に、 それをコンピューティングに適用します。

ヘルツは電子チップの周波数を測定します。私たちにとって、最もよく知られているのはプロセッサです。したがって、定義をそれに変換すると、 ヘルツは、プロセッサが1秒間に実行できる操作の数です 。これは、プロセッサの速度が測定される方法です。

コンピュータ（およびその他の電子コンポーネント）のプロセッサは、プログラムによって生成される命令の形式でメインメモリから送信される特定の操作を実行する責任があるデバイスです。次に、各プログラムはタスクまたはプロセスに分割され、次に命令に変換されます。命令は、プロセッサによって1つずつ実行されます。

プロセッサのヘルツが大きいほど、1秒間に実行できる操作または命令の数が多くなります 。一般に、システム全体がクロック信号によって同期され、各サイクルが同じ時間継続し、情報の転送が完璧になるため、この周波数を「 クロック速度 」と呼ぶこともできます。

CPUは電気信号のみを理解します

あなたが理解するように、電子コンポーネントは電圧とアンペア、信号/信号なしだけを理解するので、すべての命令をゼロと1に変換する必要があります。現在、プロセッサは、ビットと呼ばれる最大64個のゼロと1の文字列と同時に動作することができ、電圧信号の有無を表します。

CPUは、内部論理ゲートの構造と解釈できる一連の信号のみを受信します。内部論理ゲートは、電気信号の通過または通過を行わないトランジスタで構成されています。このようにして、加算、減算、乗算、除算、AMD、OR、NOT、NOR、XORなどの数学的および論理演算の形で、人間に「理解可能な意味」を与えることができます。 これらすべてといくつかは、CPUが実行する操作であり、ゲーム、プログラム、画像などの形でPCに表示されます。気になりますよね？

GHzの進化

スープにギガヘルツが常に入っているわけではありません。実際、ほぼ50年前、エンジニアはプロセッサの周波数にこのように名前を付けることを夢見ていました。

始まりも悪くありませんでした。シングルチップに実装された最初のマイクロプロセッサはIntel 4004でした。これは1970年に発明された小さなゴキブリで、 RGB照明さえ備えていない巨大な真空弁ベースのコンピュータの後に市場に革命をもたらしました。 まさに、RGBが存在しない時期があったと想像してください 。ちなみに、このチップは740 KHzの周波数で 4ビット文字列を処理することができました。

8年後、いくつかのモデルの後、 Intel 8086が登場しました。これは、 5〜10 MHzで動作する 16ビット以上のプロセッサーであり、ゴキブリのような形をしていました。 これは、x86アーキテクチャを実装した最初のプロセッサでした 。しかし、このアーキテクチャは命令の処理が非常に優れていたため、コンピューティングの前後にありました。サーバー用のIBMのPower9のようなものもありますが、間違いなく100％のパーソナルコンピューターが引き続きx86を使用しています。

しかし、1992年に1 GHzの障壁に達したのは RISC命令を備えた最初のチップであるDEC Alphaプロセッサでした。その後、1999年にAMDがAthlonを発表し、同年にPentium IIIがこれらの周波数に達しました。

プロセッサーのCPI

現在の時代には、最大5 GHz （5, 000, 000, 000オペレーション/秒） に到達できるプロセッサがあり、その上に、1つのチップに1つだけでなく最大32のコアがあります。各コアはサイクルごとにさらに多くの操作を実行できるため、容量が増大します。

サイクルあたりの操作数はCPIとも呼ばれます（消費者物価指数と混同しないでください）。 IPCはプロセッサのパフォーマンスの指標です 。現在、プロセッサのIPCを測定することは非常に流行しています。これは、プロセッサの性能を決定するためです。

説明すると、CPUの2つの基本的な要素はコアとその周波数ですが、コアの数が多いからといってIPCの数が増えるとは限らないため、6コアのCPUは4コアのCPUよりも強力ではない可能性があります。

プログラムの命令はスレッドまたはステージに分割され、 理想的には完全な命令が各クロックサイクルで実行されるようにプロセッサに入力されます。これはIPC = 1になります。このようにして、各サイクルで完全な命令が出入りします。ただし、命令がプログラムの構築方法や実行する操作のタイプに大きく依存するため、すべてが理想的であるとは限りません。追加は乗算と同じではなく、プログラムに複数のスレッドが1つしかない場合も同じではありません。

可能な限り同様の条件下でプロセッサのIPCを測定するプログラムがあります。 これらのプログラムは、プロセッサがプログラムを実行するのにかかる時間を計算することにより、平均IPC値を取得します。このようなシリーズ：