GHz: que es y para qué sirve un Gigahercio en informática

Si te estás introduciendo en el mundo de la informática y o estás viendo procesadores para comprar, habrás leído muchas veces GHz o Gigahercio o Gigahertzio. Todo esto es exactamente lo mismo, y no, no es un condimento alimenticio, es una medida que se utiliza con mucha frecuencia en la informática e ingeniería.

Así que lo mínimo que podemos hacer a estas alturas es explicar qué mide esta medida y por qué se utiliza tanto en la actualidad. Quizás después de esto, tengas más claro muchas cosas que te encuentras día a día en el mundo de la electrónica.

Qué es un GHz o Gigahercio

GHz se trata de la abreviatura de una medida utilizada en electrónica llamada Gigahercio en español, aunque también la podemos encontrar como Gigahertz. Y realmente no se trata de una medida base, sino que es un múltiplo del Hercio, concretamente hablamos de 10⁹ millones de Hercios.

Así que realmente lo que tendremos que definir es el Hercio, la medida base y de donde provienen los Kilohercios (kHz), Megahercios (Mhz) y los Gigahercios (GHz). Pues bien, esta medida la inventó Heinrich Rudolf Hertz, de cuyo apellido proviene el nombre de la medida. Fue un físico alemán que descubrió cómo se propagaban las ondas electromagnéticas en el espacio. Así que realmente esta medida proviene del mundo de las ondas y no puramente de la informática.

Un Hercio representa un ciclo por segundo, de hecho, hasta 1970 no se comenzó a llamar Hercios en lugar de ciclos. Por si no lo sabéis, un ciclo es simplemente la repetición de un suceso por unidad de tiempo, que en este caso será el movimiento de una onda. Entonces un el Hercio mide la cantidad de veces que se repite una onda en el tiempo, que puede ser sonora o electromagnética. Pero esto también es extensible a las vibraciones de los sólidos o a las olas marinas.

Si probamos a soplar un papel de forma paralela a su superficie, notaremos que comienza a ondularse repitiendo el patrón cada cierto tiempo, en segundos o milésimas de segundo si soplamos con fuerza. Lo mismo ocurre con las ondas, y a esta magnitud le llamamos frecuencia (f) y es la inversa de un período, que se mide en segundos claro (s). Si lo unimos todo, podremos definir el Hercio como la frecuencia en la oscilación de una partícula (de una onda, papel, agua) en un período de un seguro.

Aquí podemos ver la forma de una onda y de cómo se repite a lo largo de un período. En la primera, tenemos la medida de 1 Hz, porque en un segundo tan solo ha sufrido una oscilación. Y en la segunda imagen, en un solo segundo ha oscilado 5 veces completas. Imaginaos entonces cuanto serían 5 GHz.

El GHz en la informática

Ahora que realmente sabemos qué es un Hercio y de dónde proviene, es hora de aplicarlo a la informática.

Los Hercio mide la frecuencia de un chip electrónico, para nosotros, el más conocido es el procesador. Entonces trasladando la definición a él, un Hercio es la cantidad de operaciones que un procesador puede hacer en un período de un segundo. Es así como se mide la velocidad de un procesador.

El procesador de un ordenador (y de otros componentes electrónicos) es un dispositivo que se encarga de realizar ciertas operaciones que son enviadas desde la memoria principal en forma de código de instrucciones que son generados por los programas. Entonces cada programa se subdivide en tareas o procesos, y a su vez en instrucciones, que serán ejecutadas una a una por el procesador.

Mientras más hercios tenga un procesador, mayor cantidad de operaciones o instrucciones podrá llevar a cabo en un segundo. De forma común también podremos llamar a esta frecuencia “velocidad de reloj”, ya que todo el sistema está sincronizado mediante la señal de un reloj para que cada ciclo dure el mismo tiempo y el traspaso de información sea perfecto.

La CPU solo entiende de señales eléctricas

Como comprenderéis, un componente electrónico tan solo entiende de voltajes y amperios, señal/no señal, así que todas las instrucciones deben ir traducidas a ceros y unos. En la actualidad los procesadores son capaces de trabajar de forma simultánea con cadenas de hasta 64 ceros y unos, llamadas bits, y representa la presencia o ausencia de señal de voltaje.

A la CPU sólo le llega una sucesión de señales que es capaz de interpretar con su estructura de puertas lógicas internas compuestas a su vez por transistores que se encarga de dejar pasar o no señales eléctricas. De esta forma es posible darle un “sentido comprensible” para el ser humano, en forma de operaciones matemáticas y lógicas: sumas, restas, multiplicaciones, divisiones, AMD, OR, NOT, NOR, XOR. Todas estas y algunas más son las operaciones que la CPU hace, y que nosotros vemos en nuestro PC en forma de juegos, programas, imágenes, etc. Curioso, ¿verdad?

La evolución de los GHz

No siempre hemos tenido los Gigahercio hasta en la sopa, de hecho, hace casi 50 años los ingenieros tan solo soñaban con alguna vez nombrar la frecuencia de sus procesadores de esta forma.

El comienzo tampoco estuvo nada mal, el primer microprocesador implementado en un solo chip fue el Intel 4004, una pequeña cucaracha inventada en 1970 que revoluciono el mercado tras esos mastodónticos ordenadores basados en válvulas de vacío que ni siquiera tenían iluminación RGB. Exacto, hubo una época en la que no existía el RGB, imaginaos. El caso es que este chip era capaz de procesar cadenas de 4 bits a una frecuencia de 740 KHz, nada mal, por cierto.

Ocho años después, y tas unos cuantos modelos, llego el Intel 8086 un procesador de nada menos que 16 bits que funcionaba de 5 a 10 MHz, y aún tenía forma de cucaracha. Fue el primer procesador en implementar la arquitectura x86, que actualmente tenemos en los procesadores, increíble. Pero es que esta arquitectura era tan buena en el manejo de instrucciones, que fue un antes y un después en la informática. También ha habido otras como la Power9 de IBM para servidores, pero sin duda el 100% de equipos personales seguir usando x86.

Pero fue el procesador DEC Alpha el primer chip con instrucciones RISC que llego a la barrera de 1 GHz en 1992, luego llegó AMD con su Athlon en 1999 y en el mismo año los Pentium III los que alcanzaron estas frecuencias.

El IPC de un procesador

En la era actual tenemos procesadores que son capaces de llegar hasta los 5 GHz (5.000.000.000 de operaciones por segundo) y para colmo disponen de no solo uno, sino hasta 32 núcleos en un solo chip. Cada núcleo es capaz de realizar aún más operaciones por ciclo, así que la capacidad se multiplica.

Al número de operaciones por ciclo, también le llamados IPC (no confundir con el índice de precios al consumidor). El IPC es un indicador del rendimiento de un procesador, actualmente está muy de moda medir los IPC de los procesadores, ya que así se determina cómo de bueno es un procesador.

Me explico, dos elementos básicos de una CPU son los núcleos y su frecuencia, pero a veces tener más cantidad de núcleos no implica tener más IPC, así que es posible que una CPU de 6 núcleos sea menos potente que una de 4.

Las instrucciones de un programa se dividen en subprocesos o etapas, y son introducidas en el procesador para que, de forma ideal, en cada ciclo de reloj se realice una instrucción completa, esto sería IPC=1. De esta forma, en cada ciclo entraría y saldría una instrucción completa hecha. Pero no todo es tan ideal, ya que las instrucciones dependen en gran medida de cómo esté construido el programa y del tipo de operaciones que se vayan a realizar. No es lo mismo sumar que multiplicar, ni tampoco es lo mismo si un programa tiene varios subprocesos que tan solo uno.

Existen programas para medir el IPC de un procesador en condiciones lo más similares posibles. Estos programas obtienen un valor medio del IPC calculando el tiempo que tarda el procesador en ejecutar un programa. Serie de esta forma:

Conclusión y más enlaces interesantes

Realmente es un tema muy interesante éste del Hercio y de cómo se mide la velocidad de un procesador. Realmente da para muchos temas de los que hablar, pero tampoco podemos hacer artículo como novelas.

Al menos esperamos que el significado del Hercio, la frecuencia, los ciclos por segundo y el IPC se haya quedado bien explicado. Ahora os dejamos con algunos tutoriales de interés relacionados con el tema.

Si tienes alguna duda sobre el tema, o quieres puntualizar algo, déjanos un comentario en la caja.