Mzunguko wa saa wa kichakataji na mzunguko wa mashine
Kipimo cha nje ya mfumo · kiasi: nafasi ya kupatanisha na kipimo cha kazi ya kuhesabu
Katika vuli ya mwaka 2004 Intel ilifuta uundaji wa kichakataji ambacho kilipaswa kufanya kazi kwa gigaherizi kumi, na hilo halikuwa kushindwa kwa kiufundi bali kukubali ukuta wa fizikia: chipu iliyosukumwa mara mbili zaidi ilidai nguvu mara nne na kwa kifupi iliyeyuka. Mashindano ya masafa, yaliyodumu miaka thelathini, yaliisha ndani ya siku moja, na pamoja nayo ukaisha mazoea ya kuhukumu mashine kwa tarakimu iliyoandikwa kwenye kisanduku.
Mzunguko wenyewe ni nafasi kati ya kingo mbili za ishara ya saa, hatua ile ile ambayo kwayo sehemu zote zinazokwenda pamoja za chipu hubadilika kwa wakati mmoja. Kinyume chake ni masafa, na hivyo mzunguko kwa gigaherizi tano hudumu sehemu mbili za kumi za nanosekunde; katika muda huo mwanga hufika sentimita sita, na ishara kwenye waya wa shaba hufika chini ya hapo — chini ya upana wa chipu yenyewe.
01 · Ufafanuzi
Mzunguko ni kipindi cha ishara ya saa, yaani nafasi kati ya kingo mbili za mwelekeo mmoja ambapo vipengele vinavyokwenda pamoja vya chipu hubadili hali kwa pamoja. Mzunguko wa mashine ni idadi kamili ya mizunguko ambayo kichakataji hutumia kutimiza tendo moja lililokamilika; katika mashine yenye mstari wa kazi nafasi yake huchukuliwa na kipimo cha kinyume — idadi ya mizunguko kwa kila agizo, ambayo kinyume chake huonyesha ni maagizo mangapi hutoka mstarini katika mzunguko mmoja.
Urefu wa mzunguko hauwekwi na maumbile bali na jinsi njia za waya zilivyotandazwa juu ya chipu: hauwezi kuwa mfupi kuliko njia ya polepole zaidi kati ya vigeuzi viwili, pamoja na ucheleweshaji wa kigeuzi chenyewe na akiba kwa ajili ya mtawanyiko wa vigezo. Kutoka hapo ndipo hutoka hila ya kawaida ya mbunifu — kukata njia ndefu ya mantiki kuwa hatua mbili za mstari wa kazi: mzunguko unakuwa nusu, masafa yanakuwa mara mbili, na agizo sasa hupanda ngazi nzima.
Lakini kinachozuia masafa si mantiki bali nguvu: matumizi yanayobadilika hukua pamoja na masafa na pamoja na mraba wa voltaji, na voltaji lazima ipandishwe ili mzunguko wa umeme uweze kufikia kwa masafa yaliyoongezeka. Kwa hiyo joto huenda takriban kama nguvu ya tatu ya masafa, na juu ya utegemezi huo wa nguvu ya tatu ndipo mashindano ya gigaherizi yalisimama karibu na nne.
Hatimaye, mzunguko ni kipimo ambacho urefu wake si thabiti. Usimamizi wa nishati hubadili masafa mamia ya mara kwa sekunde kulingana na mzigo na joto, na kwa hiyo kutokana na idadi ya mizunguko haiwezekani kuhukumu muda uliopita, lakini inawezekana kuhukumu kazi iliyofanyika: kihesabu cha mizunguko hakihesabu sekunde bali hatua za kuhesabu, na hapo ndipo thamani yake ya kweli ilipo.
Songesha masafa kwa kitelezi na uangalie mikondo miwili inayoachana pande mbili tofauti. Ule wa kijani ni umbali ambao ishara hufika katika mzunguko mmoja: kadiri masafa yanavyopanda, ndivyo njia hiyo inavyofupika, na kwa gigaherizi tano huonekana ndogo kuliko chipu yenyewe. Ule mwekundu ni gharama ya safari moja kwenda kumbukumbu kwa mizunguko: ucheleweshaji wake kwa nanosekunde karibu haubadiliki, hivyo kwa mizunguko hukua tu.
Baada ya kukata kazi kuwa hatua, mbunifu hufupisha mzunguko, lakini agizo moja sasa hupanda ngazi hiyo nzima, na ucheleweshaji wake wenyewe haupungui bali huongezeka. Faida huonekana tu wakati hatua zimejaa maagizo tofauti, na kwenye tawi lililotabiriwa vibaya mstari wa kazi lazima usafishwe wote — kadiri ulivyo na kina, ndivyo unavyogharimu zaidi.
02 · Kubadilisha
Masafa, kipindi, kazi
Weka masafa au urefu wa mzunguko, nayo kadi itaonyesha kinyume chake, njia ya ishara katika mzunguko mmoja na gharama ya kufikia kumbukumbu kwa mizunguko. Familia ya kwanza ni sahihi kwa fasili yake, ya pili hutegemea wastani wa kiini kimoja, ya tatu hutegemea ucheleweshaji wa kawaida wa ngazi za kumbukumbu za leo.
Kasi ya ishara kwenye waya imechukuliwa kuwa sita ya kumi ya kasi ya mwanga; katika mipangilio midogo ya kadi inaweza kubadilishwa kuwa nusu.
Kwa masafa vinaweza kulinganishwa viini vinavyofanana tu, kwa sababu idadi ya mizunguko kwa kila agizo hutofautiana mara kadhaa kati ya miundo: mashine moja huchukua maagizo manne katika mzunguko mmoja, nyingine kwa shida hupata moja. Ni kwa sababu hiyo hasa tarakimu ya gigaherizi iliondoka kwenye matangazo, na nafasi yake ikachukuliwa na seti za majaribio ambazo hazipimi tena mizunguko bali kazi iliyofanyika.
| Thamani | Maelezo | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Madaraja ya ukubwa
mizani ya logaridhimu: kutoka mzunguko mmoja hadi dirisha la muda la mpangaji04 · Vifaa vya kupima
Nini huweka mzunguko na nini huuhesabu
Chanzo cha mzunguko ni kibao cha kwarizi, ambacho kwa kawaida hutetema kwa makumi kadhaa ya megaherizi kwa usahihi wa karibu moja katika milioni kumi. Gigaherizi juu ya chipu hazitokani nacho bali na kuzidisha masafa hayo ya rejea, hivyo uthabiti wa mashine nzima hurithiwa kutoka kipande cha madini chenye ukubwa wa punje ya mchele.
Kitanzi cha kufunga awamu hulinganisha masafa ya kitetemeshi yaliyogawanywa na masafa ya rejea na kukirekebisha hadi awamu zilingane; kwa kubadili kigawanyo, masafa hubadilika wakati wa kwenda. Ni hicho hasa kinachoruhusu usimamizi wa nishati kushusha mzunguko wakati wa kupumzika hadi mamia machache ya megaherizi na kuupandisha kwenye turbo kwa sekunde chache, mradi akiba ya joto ingalipo.
Ndani ya kiini hukaa rejista zinazohesabu mizunguko, maagizo yaliyokamilika, kukosa kwa kumbukumbu ya kando na matawi yaliyotabiriwa vibaya, nazo zinaweza kusomwa moja kwa moja kutoka programu inayokimbia. Kutoka tarakimu hizo hupatikana idadi ya mizunguko kwa kila agizo — kipimo pekee cha uaminifu cha jinsi msimbo ulivyokaa vizuri juu ya chipu fulani.
Ili kuuona mzunguko wenyewe kunahitajika chombo kinachonasa kingo kwa utambuzi wa pikosekunde chache, na chombo hicho hicho huonyesha pia mambo yanayozuia masafa yasipande zaidi: mtetemo wa awamu, kuwasili kwa ishara kusiko sawa katika pembe mbalimbali za chipu, na kudidimia kwa ukingo kwenye laini ndefu.
05 · Kanuni za kuandika
Mizunguko na herizi si kitu kimoja
Masafa huandikwa kwa herizi, kiambishi kwa herufi kubwa katika mega na giga, ilhali idadi ya mizunguko huandikwa kama tarakimu kamili bila kipimo chochote, kwa kuwa mzunguko si kipimo cha SI. Viashiria vya utendaji huandikwa kwa herufi kubwa bila nukta na kwa kutaja kiini kinachohusika; kuchanganya masafa na utendaji katika kiasi kimoja hairuhusiwi.
Uandishi wa kwanza huchanganya viasi viwili tofauti: idadi ya mizunguko haina kipimo cha ukubwa, ilhali herizi hupima masafa. Wa pili huvunja ukubwa wa herufi ya kiambishi, ambao ni lazima katika mega na giga. Wa tatu hulinganisha kwa masafa miundo ambayo mizunguko yake kwa kila agizo hutofautiana mara kadhaa, na kutoka ulinganisho kama huo hakuna kinachofuata. Wa nne huchukua kiasi kinachobadilika kama kilicho thabiti.
06 · Vipimo jirani
Kando yake husimama vipimo vinavyopima kazi ile ile kutoka pande nyingine: herizi kama masafa ya ishara yenyewe, idadi ya operesheni za nukta inayoelea kwa sekunde, na idadi ya maagizo yanayoangukia mzunguko mmoja. Vyote hufuatana kutoka kimoja hadi kingine mara tu masafa na tabia ya mstari wa kazi vinapojulikana.
masafa, kipimo cha SI
kipimo kisicho na ukubwa
kipimo cha kazi ya kuhesabu
Miongoni mwa karatasi za Simetrium karibu yake zipo hezi, ambayo hutoa masafa, sekunde na viambishi vyake vya sehemu, unix time, ambapo kikomo pia huwekwa na neno la mashine, na biti s baiti, vinavyotumika kupima kile ambacho mzunguko hubeba.
07 · Sehemu ya kihistoria
Miaka thelathini ya mashindano na siku moja ya kufuta
Kichakataji cha kwanza kwenye chipu moja kilifanya kazi kwa masafa ambayo chipu ya leo huipita katika sehemu ndogo ya mikrosekunde, na agizo moja lilikigharimu mizunguko minane. Mzunguko wa mashine wakati ule ulikuwa dhana ya moja kwa moja: kusoma agizo, kulifumbua, kuchukua data, kuhesabu na kuandika — kila hatua ilichukua mzunguko wake, na zote zilikwenda kwa zamu kwa ukali.
Mara tu hatua zilipojifunza kufanya kazi kwa wakati mmoja juu ya maagizo tofauti, kipimo kilichozoeleka kilivunjika: agizo bado lilikwenda mizunguko mitano, lakini lilitoka mstarini kila mzunguko. Ilibidi kugeuza hesabu na kuzungumzia mizunguko kwa kila agizo, ambayo kwenye mashine nzuri ilishuka chini ya moja — yaani katika mzunguko mmoja hukamilika zaidi ya agizo moja.
Muundo wenye mstari wa kazi wa hatua thelathini na moja ulijengwa kwa ajili ya masafa nao ukagonga joto: gigaherizi kumi zilizoahidiwa zilidai upoezaji usiofikirika ndani ya kisanduku cha mezani. Mradi ulifungwa, na tasnia ikageukia viini vingi — si kwa sababu ni bora, bali kwa sababu ukuaji wa nguvu ya tatu wa matumizi haukuacha njia nyingine.
Kiini cha leo hakina masafa moja: wakati wa kupumzika hushuka hadi mamia machache ya megaherizi, chini ya mzigo hupanda kuelekea gigaherizi tano na kuzishika mradi akiba ya joto inatosha. Tarakimu ya kadi ilikuwa ahadi katika hali nzuri, na kulinganisha mashine kwayo wameacha watengenezaji na wahakiki sawasawa.
Kipimo ambacho urefu wake hubadilika wakati wa kupima
Mzunguko umepangwa kwa namna isiyofaa kwa mtaalamu wa vipimo: urefu wake hauwekwi na kipimo cha msingi bali na jinsi njia za waya zilivyotandazwa juu ya chipu, nao hubadilika katika kichakataji kimoja mamia ya mara kwa sekunde, kwa kuwa usimamizi wa nishati hulinganisha masafa na mzigo na joto. Kwa hiyo kihesabu cha mizunguko hakifai kupima wakati, ingawa kwa nje kinaonekana kama saa, na programu inayokiamini hukosea kwa kadiri masafa yalivyohama.
Lakini kwa kazi ambayo kwa ajili yake mzunguko ulizaliwa, unafaa kuliko kipimo chochote cha wakati. Tukihesabu mizunguko hatupimi muda bali wingi wa kazi ya kuhesabu, na kwa hiyo idadi ya mizunguko kwa kila agizo hubaki inayolinganishika chini ya mabadiliko yoyote ya masafa — inaeleza jinsi msimbo ulivyokaa vizuri juu ya chipu, si sekunde ngapi zimepita.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, ishirini na viwili vinavyotokana vyenye majina yao, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila vyake wala teknolojia wala kalenda visingefanya kazi.