¿Cómo usan la electricidad las computadoras?

Las computadoras son redes de conmutación eléctrica muy grandes. Las redes eléctricas de cualquier tipo no hacen nada a menos que se les suministre energía, en términos de una diferencia de potencial eléctrico V , que consumirá cierta cantidad de corriente I , de acuerdo con la resistencia R de la red en la ecuación V = IR. Desafortunadamente, esto requiere que se consuma la potencia P , de acuerdo con la ecuación P = VI. Como la energía total debe conservarse, esta energía se transforma de energía eléctrica a energía térmica.

Ahora, este calor se genera no solo en los componentes más hambrientos de energía de una computadora tan poderosa que necesita ventiladores para enfriarla. Un reloj de pulsera digital o una calculadora con energía solar generará calor si está ‘computando’; la cantidad es demasiado baja para darse cuenta, hasta que la batería se agota, eso es. Pero si tiene un teléfono móvil, puede haber notado que puede calentarse bastante si realiza una tarea pesada durante un período considerable.

Mi primera computadora, una ZX-81, tenía un procesador Z80 que funcionaba a aproximadamente 4MHz y tenía 1 kilobyte de RAM (memoria). Eso es más de ocho mil interruptores, cada uno de los cuales se le podría pedir que cambie aproximadamente un millón de veces por segundo. Si cada interruptor fuera físicamente del tamaño de una tecla normal del teclado, entonces el “tablero” tendría más de dos metros cuadrados. La cantidad de RAM en mi computadora portátil es de 16 gigabytes, por lo que una centralita similar sería de unos 32 kilómetros cuadrados.

Ahora, me encantaría si mi RAM pudiera funcionar a la misma velocidad que mi CPU (procesador), pero aunque es mucho más rápido que el almacenamiento de estado sólido, en el hardware de consumo moderno, se hacen compensaciones y la CPU tiene uno o Más cachés. La CPU y la GPU son las unidades centrales y de procesamiento de gráficos, y sus diseñadores miniaturizan los interruptores y también los colocan cerca uno del otro para que las rutas eléctricas entre ellos se minimicen, cuando sea apropiado.

Tenga en cuenta que trabajar siempre genera calor. Los automóviles tienen ventiladores para sus motores por la misma razón: para mantenerlos frescos. Si va en bicicleta a un ritmo rápido en un día fresco de otoño, es posible que no se sobrecaliente, pero haga lo mismo en verano o vaya a la misma velocidad en una máquina de ciclismo de interior que no se mueva, y querrá enfriarse.

Las generaciones actuales de computadoras usan lógica electrónica digital. Entonces, a menos que tengas algo como esto

(Underhill Geomatics Ltd.), la computadora está usando electricidad en las puertas lógicas para hacer los cálculos. En el fondo, una puerta está utilizando un transistor para cambiar entre un voltaje alto y bajo (entre un binario 1 y un binario 0). No importa cuán eficientes sean los ingenieros para hacer transistores, todavía se necesita una cierta cantidad de electricidad para cambiar un bit, y las computadoras modernas tienen miles de millones de transistores. Por lo tanto, necesitan una cantidad considerable de electricidad para trabajar, y cuanto más rápido corren, más se necesita. Si puede esperar un momento para obtener resultados (unas pocas décimas de segundo), puede usar puertas lógicas que funcionan de manera eficiente y lenta. Por lo tanto, puede tener una calculadora de bolsillo que funciona con un pequeño panel solar o que dura años en una celda de monedas. Las computadoras normales funcionan mucho más rápido y hacen mucho más que solo agregar un par de números: calculan el sombreado de la imagen y los cambios de color cuando haces clic en las cosas en una pantalla, por lo que necesitan mucha más electricidad.

El calor es simplemente el efecto secundario no deseado de no ser un sistema sin pérdidas, lo que, según la física tal como lo conocemos, es imposible. Nada es 100% efectivo.

En cuanto a dónde va toda esta energía, casi cualquier acción requiere energía. Una CPU tiene mil millones de transistores que cambian de estado, el dispositivo de almacenamiento tiene información leída y escrita en ella, lo mismo con la memoria, la información tiene que viajar de un lugar a otro, etc., etc. Cada pequeño cambio en el estado del sistema hace algo con energía, y así es como se gasta este último.