Unidades de medida

Unidades de frecuencia

operaciones de coma flotante por segundo son una medida del rendimiento de una computadora, especialmente en cálculos científicos que requieren un gran uso de operaciones de coma flotante. Es más conocido su acrónimo, FLOPS (del inglés floating point operations per second). FLOPS, al ser un acrónimo, no debe nombrarse en singular como FLOP, ya que la S final alude a second (o segundo) y no al plural.

Las computadoras exhiben un amplio rango de rendimientos en coma flotante, por lo que a menudo se usan unidades mayores que el FLOPS. Los prefijos estándar del SI pueden ser usados para este propósito, dando como resultado mega-FLOPS (MFLOPS, 10⁶ FLOPS), giga-FLOPS (GFLOPS, 10⁹ FLOPS), tera-FLOPS (TFLOPS, 10¹² FLOPS), peta-FLOPS (PFLOPS, 10¹⁵ FLOPS), exa-FLOPS (EFLOPS, 10¹⁸ FLOPS).

Rango de rendimiento

Una computadora de escritorio, que usa por ejemplo un procesador Pentium 4 o Athlon 64, típicamente opera a más de 3 GHz, provee de un desempeño computacional del rango de unos cuantos GFLOPS. Aún algunas consolas de videojuegos del final de los años noventa y principios del 2000, tales como Gamecube y Dreamcast, tuvieron un rendimiento mayor a un GFLOPS.

La primera supercomputadora, Cray-1 fue puesta en marcha en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en 1976. La Cray-1 era capaz de operar a 80 MFLOPS. En poco más de treinta años desde entonces, la velocidad computacional de las supercomputadoras es más de un millón de veces mayor.

La supercomputadora más rápida del planeta a junio de 2016 es Sunway TaihuLight con un índice de 93 petaflops en el punto de referencia de LINPACK.  Esto es casi tres veces más rápido que el titular anterior del registro, el Tianhe-2, el cual corre a 34 petaflops.

La computación distribuida usa internet para conectar computadoras personales y lograr un efecto similar; ha permitido a SETI@Home, el mayor de dichos proyectos, computar a una velocidad de más de 100 TFLOPS. Einstein@Home ha ganado terreno y actualmente ha logrado una velocidad sostenida de 886,6 TFLOPS convirtiéndola en una de las supercomputadoras más poderosas del mundo. Otros proyectos similares son DistrRTgen yclimateprediction.net.

FLOPS como medida de rendimiento

Para que se pueda usar el FLOPS como medida de rendimiento de coma flotante una referencia estándar debe ser establecida para todas las computadoras de interés. Uno de ellos es el estándar LINPACK.

Los FLOPS por sí solos no son un muy útil estándar para computadoras modernas. Existen muchos otros factores de rendimiento tales como E/S (entrada-salida), comunicación interprocesador, coherencia del cache y jerarquía de memoria. Esto significa que las computadoras en general son sólo capaces de una fracción del pico teórico en FLOPS, obtenido adicionando el pico teórico en FLOPS de cada uno de los componentes del sistema. Aún cuando se trabaje en problemas grandes y altamente paralelos, su rendimiento será irregular, debido en gran medida a efectos residuales de la ley de Amdahl. Por tanto, los estándares efectivos medirán rendimiento tanto de FLOPS actuales (tiempo real) como de FLOPS sostenidos.

Para aplicaciones ordinarias (no científicas) las operaciones sobre enteros (medidos en MIPS) son mucho más comunes. De lo anterior se deduce que medir el rendimiento en FLOPS no predice con precisión la rapidez con la que un procesador realizará cualquier tarea. Sin embargo, para muchas aplicaciones científicas, como el análisis de datos, el rendimiento en FLOPS es una medida efectiva.

FLOPS, GPU y consolas de videojuegos, entre otros

Frecuentemente se publican cifras astronómicas en FLOPS para tarjetas de video y consolas de videojuegos. En comparación, un computador de propósito general tendrá un rendimiento de unos cuantos GFLOPS si se considera únicamente su CPU.

Sin embargo, estas cifras deben ser tratadas con precaución, ya que no son comparables uno a uno con FLOPS de un computador totalmente programable de propósito general. Estas cifras se basan en el rendimiento total del sistema (CPU + GPU).

La mayor parte del rendimiento en FLOPS de una consola de videojuegos proviene de su GPU, que es un procesador de vectores altamente ductilizado o segmentado (pipelined en inglés) optimizado para operaciones gráficas, con muy limitada programabilidad. Esto es posible porque las gráficas en 3D son un ejemplo clásico de un problema altamente paralelizable. Esto significa que el problema puede ser fácilmente dividido entre diferentes unidades de ejecución y «ductos», permitiendo una alta ganancia en velocidad que será obtenida de «escalar» el número de compuertas lógicas en vez de únicamente la velocidad de reloj.

Esta capacidad de cómputo en un computador permite por ejemplo:

• Simulaciones de fenómenos naturales altamente precisas (huracanes, terremotos, maremotos, impacto de asteroides)
• Desdoblamiento de cadenas de ADN
• Plegamiento de proteínas
• Simulación de explosiones nucleares

gigahercio (GHz) es un múltiplo de la unidad de medida de frecuencia hercio (Hz) y equivale a 10⁹(1 000 000 000) Hz. Por lo tanto, tiene un período de oscilación de 1 nanosegundo.

Las ondas de radio con frecuencias cercanas al gigahercio se denominan microondas. Una microonda de 1 GHz tiene 30 cm de amplitud de onda y una de 3 GHz 10 cm. Son muy empleadas en comunicaciones mediante una antena parabólica con aspecto de tambor. Bandas de microondas (en GHz) muy utilizadas son:

• GSM (0,8 y 1,8 GHz)
• GPS (1,3 GHz)
• Wi-Fi (2,4 y 5,0 GHz)
• Magnetrón del radar y del horno de microondas (2,4 GHz)

Desde el año 2000 el GHz comenzó a utilizarse en informática para referirse a la frecuencia en el que un cristal de cuarzo emite una señal de reloj que regula un ciclo de un circuito integrado síncrono, principalmente en microprocesadores (aunque no exclusivamente), sustituyendo al megahercio como unidad en que más frecuentemente se indica la velocidad de una CPU.

hercio¹ o hertz² (símbolo Hz) es la unidad de frecuencia del Sistema Internacional de Unidades.³

Nombrado en honor al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), que descubrió la propagación de lasondas electromagnéticas. El nombre fue establecido por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC por sus siglas en inglés) en 1930.⁴ Este fue adoptado en 1960 por la CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures: Conferencia General de Pesos y Medidas), reemplazando el nombre anterior de cps (ciclos por segundo), así como sus múltiplos relacionados:

• kc/s (kilociclos por segundo),
• Mc/s (megaciclos por segundo), y
• Gc/s (gigaciclo por segundo).

El término ciclo por segundo fue completamente reemplazado por hercio en la década de 1970.

Un hercio representa un ciclo por cada segundo, entendiendo ciclo como la repetición de un suceso. Por ejemplo, el hercio se aplica en física a la medición de la cantidad de veces por un segundo que se repite una onda (ya seasonora o electromagnética) o puede aplicarse también, entre otros usos, a las olas de mar que llegan a la playa por segundo o a las vibraciones de un sólido. La magnitud que mide el hercio se denomina frecuencia y es, en este sentido, la inversa del período. Un hercio es la frecuencia de una oscilación que sufre una partícula en un período de un segundo.

${\displaystyle f={\frac {1}{T}}=\mathrm {Hz=s^{-1}={\frac {1}{s}}} }$

Las luces parpadean a una frecuencia de f = 0.5 Hz, 1.0 Hz y 2.0 Hz.
Estándar	Unidades derivadas del Sistema Internacional
Magnitud	Frecuencia
Símbolo	Hz
Nombrada en honor de	Heinrich Rudolf Hertz(1857-1894)
Equivalencias
Unidades básicas del Sistema Internacional	1 Hz = s-1
Unidades de Planck	1 Hz = T-1

Múltiplos del hercio

A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del SI (Sistema Internacional de Unidades).

Múltiplos del Sistema Internacional para hercio (Hz)

Submúltiplos				Múltiplos
Valor	Símbolo	Nombre		Valor	Símbolo	Nombre
10−1 Hz	dHz	decihercio		101 Hz	daHz	decahercio
10−2 Hz	cHz	centihercio		102 Hz	hHz	hectohercio
10−3 Hz	mHz	milihercio		103 Hz	kHz	kilohercio
10−6 Hz	µHz	microhercio		106 Hz	MHz	megahercio
10−9 Hz	nHz	nanohercio		109 Hz	GHz	gigahercio
10−12 Hz	pHz	picohercio		1012 Hz	THz	terahercio
10−15 Hz	fHz	femtohercio		1015 Hz	PHz	petahercio
10−18 Hz	aHz	attohercio		1018 Hz	EHz	exahercio
10−21 Hz	zHz	zeptohercio		1021 Hz	ZHz	zettahercio
10−24 Hz	yHz	yoctohercio		1024 Hz	YHz	yottahercio
Los prefijos más comunes están en negrita.