La velocità della CPU, o la velocità dell’unità di elaborazione centrale in un computer, è essenzialmente la velocità alla quale il computer può eseguire i calcoli che gli vengono forniti tramite le istruzioni del programma software caricate nella memoria ad accesso casuale volatile (RAM). La velocità del processore è limitata dal numero di transistor integrati in un processore, dalle connessioni parallele ad altri processori, dalla capacità del bus di trasmettere dati avanti e indietro dalla CPU alla memoria e da altre specifiche hardware. La maggior parte delle CPU ha anche i propri registri di memoria per eseguire calcoli di base localmente, senza doverli trasmettere attraverso un bus a un altro componente hardware e viceversa.
I processori dei computer sui sistemi attuali sono in grado di funzionare a un ritmo così rapido che i limiti delle prestazioni nella maggior parte dei personal computer sono legati molto di più al collo di bottiglia della capacità del bus. Anche la quantità di RAM disponibile e il design del software che accede al sistema sono più critici delle prestazioni effettive della CPU stessa. La capacità di multithreading nella progettazione della CPU è un altro fattore chiave di velocità, ovvero la capacità della CPU di eseguire più attività in un ambiente di esecuzione condiviso sulla CPU, quindi è necessario archiviare e recuperare meno informazioni dalla memoria durante le operazioni del programma.
Gli hobbisti cambiano spesso la cosiddetta velocità di clock su una CPU, overcloccando il dispositivo. Parte di ciò che determina la velocità della CPU su un computer è la sua frequenza di clock, o velocità di clock, che è il numero di cicli di clock, in base all’orologio interno del computer, di cui la CPU ha bisogno per eseguire un’istruzione. CPU identiche possono avere prestazioni molto diverse se una è sincronizzata, ad esempio, per sommare due numeri in 10 cicli, mentre l’altra CPU esegue lo stesso calcolo in cicli di 2 clock.
Mentre l’overclocking della CPU di un computer lo porterà fuori sincronizzazione con la velocità del bus, può aumentare considerevolmente le prestazioni della CPU sui sistemi più vecchi che sono stati migliorati con nuove architetture bus. Tuttavia, i processori più recenti non trarranno beneficio dai cambiamenti nella velocità di clock, poiché stanno già operando a un livello molto al di sopra di quello che il bus e la memoria del computer possono gestire. Con la velocità della CPU nell’intervallo di più gigahertz, vengono eseguiti miliardi di calcoli al secondo. Una CPU da 2.4 gigahertz può quindi eseguire 2.4 miliardi di calcoli al secondo, mentre un tipico bus PCI (Peripheral Component Interconnect) a 32 o 64 bit verrà eseguito nell’intervallo di 127-508 megabyte (milioni di byte) al secondo.
Un altro fattore limitante per la velocità della CPU, overcloccata o meno, riguarda la capacità dell’intero sistema informatico di dissipare il calore lontano dal processore, poiché l’aumento del calore genera una barriera termica per la trasmissione di segnali elettrici nel transistor ad effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo ( MOSFET) progetti di CPU. I processori più veloci richiedono alimentatori con wattaggio più elevato, il che si traduce in una maggiore generazione di calore. I dissipatori di calore, che fungono da mini-radiatori, sono costruiti sulla superficie dei processori per dissipare il calore per conduzione, e i sistemi di ventole all’interno dell’alloggiamento del computer lo portano via anche per convezione.
L’esecuzione di più processori in parallelo per condividere i calcoli dei dati su un computer è ora un approccio comune con la maggior parte dei computer per aumentare la velocità della CPU. Sui sistemi avanzati, è coinvolto anche il raffreddamento a liquido per mantenere la CPU a un’impostazione di temperatura stabile. I supercomputer molto avanzati utilizzano migliaia di processori che operano in parallelo e sono raffreddati con azoto liquido o elio liquido a temperature di circa -452° Fahrenheit (-269° Celsius), con velocità di clock che superano i 500 gigahertz, o 500 miliardi di calcoli al secondo.