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Clock, cache e núcleos: saiba como eles afetam o desempenho do processador

Gustavo Sumares, editado por Leonardo Pereira 10/02/2017 11h55
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Se você já deu uma olhada numa lista de especificações técnicas de um celular ou computador, deve ter visto uma informação do tipo "processador quad-core 1,8 GHz". Isso indica que o processador tem quatro núcleos e funciona a 1,8 GHz, certo? Certo. Mas o que, exatamente, isso significa?


Os processadores têm uma série de características que influenciam o seu desempenho. Normalmente, olhamos apenas para a "velocidade" dele, que aparece como um número seguido de GHz. Há, no entanto, outros fatores importantes para determinar a competência de um processador para determinadas tarefas. Além do clock (a "velocidade") dele, é importante entender também o que significam o cache e o número de núcleos dos processadores.

A seguir, vamos falar sobre como clock, núcleos e memória cache influenciam o desempenho dos processadores. Conhecendo esses três fatores, o seu entendimento sobre os diferentes processadores já será bem maior. Antes de entrar nesse assunto, porém, é importante falar um pouco sobre como funcionam os processadores.

Como processadores funcionam

Computadores e smartphones têm um monte de dados, mas os processadores são os "trabalhadores" que usam esses dados para "construir" os programas que você usa. Para mostrar essa página a você, por exemplo, eles precisam interpretar informações que vêm da internet e chegam ao seu dispositivo pelo modem ou antena.

Para abrir um programa ou aplicativo, o processador precisa acessar o armazenamento do seu dispositivo, encontrar os dados referentes ao programa, trazê-los para a RAM e, então, mostrá-lo a você. Em seguida, ele precisa pegar as informações que você envia (pela tela, teclado ou mouse), enviá-las ao programa, pegar o retorno que o programa dá sobre essas informações e mostrá-lo a você, e daí por diante.

O grande aliado dele nesse trabalho é a RAM. A RAM é como se fosse um ajudante que fica carregando um monte de informações importantes para o processador. Quando precisa fazer alguma coisa, ele consulta a RAM e faz com base nas informações que acha lá. Da mesma maneira, quando recebe alguma informação importante, ele deixa ela com a RAM. 

Reprodução

Estabelecidos esses pontos, vamos em frente.

1. Clock

O clock é o número de ações (ou "pulsos de clock") que o processador consegue executar por segundo. As ações podem ser escrever algo na RAM, ler algo da RAM, dar uma ordem para o armazenamento, etc. Imagine que você está jogando damas com um amigo: nesse exemplo, cada movimento de peça no tabuleiro seria um pulso de clock.

Um computador que fizesse uma ação por segundo teria clock de um hertz (1 Hz). Mas os processadores atuais têm clocks de cerca de 2 GHz. Isso significa que eles são capazes de realizar cerca de dois bilhões de pulsos de clock por segundo. Ou seja, nos cerca de 250 milissegundos que um piscar de olhos leva, o processador consegue realizar cerca de 500 milhões de ações.

O clock é o indicador mais imediato da "velocidade" de um processador: obviamente, quanto mais pulsos de clock ele fizer por segundo, mais rápido ele conseguirá terminar a lista de ações necessárias para abrir um programa, por exemplo.

Para fazer outra analogia, imagine que você está guardando latinhas de cerveja na geladeira: você as pega do chão (uma com cada mão), levanta, coloca-as na geladeira e abaixa de novo para pegar mais. Se você fosse um processador, cada movimento completo desses seria um pulso de clock, e, quanto mais rápido você fizesse esse movimento, maior seria o seu "clock".

2. Número de núcleos

Se o clock é um indicador tão direto de velocidade, não seria melhor simplesmente fazer processadores com clock cada vez maior? Talvez. O problema é que há limites para quão rápido você pode fazer um processador funcionar com a tecnologia atual sem aumentar muito o seu tamanho. Além disso, fazer um processador funcionar mais rápido faz com que ele emita mais calor, o que pode diminuir sua vida útil.

A solução encontrada pelas fabricantes foi fazer processadores com mais de um núcleo de processamento. Cada núcleo funciona como se fosse um processador independente. Assim, o número de ações que um computador consegue realizar por pulso de clock é maior.

Voltando ao exemplo de guardar cerveja na geladeira. Imagine que, em vez de dois braços, você tivesse quatro braços. Se fosse assim, você conseguiria guardar quatro latinhas de cerveja por movimento em vez de duas. É basicamente essa a diferença entre um processador dual-core e um processador quad-core.

Isso não significa, porém, que um processador quad-core de 2 GHz tem o dobro da velocidade de um dual-core de 2 GHz. Os fabricantes às vezes fazem os processadores com cada núcleo diferente; assim, cada um deles pode ser usado para determinada tarefa. Isso permite, por exemplo, economizar energia usando só os núcleos mais lentos para tarefas simples: a maioria dos smartphones atuais faz algo desse tipo.

3. Memória cache

Como dito anteriormente, a RAM é a grande aliada do processador na execução das tarefas. Ela armazena informações que ele precisa consultar, e é para ela que ele envia dados importantes. Mas e se o processador pudesse guardar algumas dessas informações nele mesmo, em vez de precisar ficar perguntando para a RAM toda vez?

Essa é a ideia da memória cache. Trata-se de um pequeno espaço de armazenamento de dados (normalmente não mais do que 8 MB) que fica no próprio processador. Nela, o processador pode gravar dados que precisam ser acessados com muita frequência e, assim, em vez pedi-los à RAM, ele pode simplesmente acessá-los imediatamente. 

Normalmente, os processadores têm até três níveis de memória cache: L1, L2 e L3. De maneira geral, os níveis de número menor costumam ser menores, mas mais rápidos. As informações mais importantes e frequentemente utilizadas, portanto, são gravadas nele; informações menos frequentes vão para o L2 e L3, e as de acesso menos frequente ainda podem ficar na RAM.

A maneira como a memória cache é dividida entre os núcleos do processador também varia bastante. Em geral, cada núcleo de processamento tem sua própria memória cache L1 e L2, com a L3 sendo compartilhada por todos os núcleos.

Então o que é mais importante na hora de escolher?

A informação principal a se extrair dessa situação é que comparar dois processadores exige mais cuidado do que simplesmente ver qual deles tem o clock maior. A "arquitetura" do processador (a maneira como ele é construído) varia bastante, o que faz com que uma simples comparação de clocks seja insuficiente para entender as diferenças entre eles.

Há, porém, alguns casos óbvios: um processador dual-core de 1,2 GHz será mais lento que um processador octa-core de 2,4 GHz para praticamente qualquer tarefa, mesmo que o de 1,2 GHz tenha uma memória cache muito maior. O importante, porém, é que você aborde essas situações com o devido cuidado.

De maneira geral, a melhor forma de comparar o desempenho de dois processadores é com "benchmarks". Eles são testes especializados que exigem bastante do processador para simular seu desempenho numa diversidade de situações, e oferecem uma pontuação para cada processador com base em seu desempenho. Se você estiver em dúvida entre dois processadores diferentes, vale a pena consultar suas pontuações em testes de benchmark populares, como o CPUBench e o Novabench


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