Según tengo entendido, las CPU generan pulsos eléctricos utilizando un cristal de cuarzo. La velocidad a la que se generan los pulsos (teniendo en cuenta varios multiplicadores) proporciona la velocidad de procesamiento de la que se ejecutan todos los componentes (2, 3, 4 GHz, etc.).
¿Significa esto que estos pulsos eléctricos impulsan todos los componentes de la CPU? es decir, ¿es la velocidad del reloj la entrada de electricidad para la CPU donde los transistores se encienden y apagan (potencialmente) a la velocidad del reloj? Entonces, ¿una frecuencia de reloj de 3 GHz significa que los transistores se pueden encender y apagar 3 mil millones de veces por segundo? ¿O lo he interpretado mal?
Además, cuando el cristal de cuarzo genera este pulso eléctrico, ¿qué le sucede exactamente y qué hace?
En realidad, el ciclo del reloj no dirá la velocidad a la que un solo transistor puede cambiar, sino cuánto tiempo le toma a una señal viajar por el camino más lento/más largo. Un solo transistor cmos en una CPU moderna puede cambiar a velocidades mucho más altas que el reloj utilizado en la CPU, pero el reloj no se basa solo en la velocidad de conmutación del transistor sino en los tiempos de viaje de la señal. Ese es el objetivo de dividir la CPU en etapas más cortas (canalización), para disminuir la longitud que debe pasar la señal antes de terminar la ejecución de una determinada tarea. Esa longitud frente a la velocidad del flujo de electrones determinará el retraso de propagación más largo y, por lo tanto, limitará el reloj máximo del sistema.
Esencialmente, sí, estos pulsos eléctricos impulsan todos los componentes de la CPU. En estos días, una referencia de cristal impulsa un PLL que puede multiplicar la referencia. ¡Así que no tienes un cristal de 3GHz en tu PC!
Esta es la base de la "lógica síncrona": circuitos que se sincronizan mediante una señal de reloj. Idealmente, cada transición en el circuito es simultánea, pero en realidad hay retrasos y tiempos de configuración que limitan la velocidad máxima a la que puede funcionar el circuito. Para limitar estos problemas, la señal del reloj se distribuye cuidadosamente por todo el sistema: los diseñadores utilizan la simulación para analizar el tiempo.
Existen cosas como circuitos asíncronos, pero yo diría que todas las CPU modernas son circuitos síncronos con un reloj global.
Roh