فرکانس چیست؟(به بهانه معرفی کارت گرافیک ها)

این روزها،اخبار داغ کارت گرافیک ها را شاهد هستیم.دو تولید کننده کارت گرافیک در جهان،یعنی AMD و Nvidia در حال رونمایی دستاوردهای خود هستند.در این میان برخی از مشخصات فنی مانند فرکانس هسته،فرکانس حافظه و حتی پهنای باند،جزو ارقامی هستند که در انتخاب آنها نقش کلیدی را ایفا می کنند.در میان نظرات کاربران،سوالاتی در باره فرکانس دیده می شود؛به همین علت این مطلب را برای آشنایی بیشتر شما عزیزان در این زمینه،تدارک دیده ایم.

هاینریش رودلف هرتز (زاده ۱۸۵۷ – درگذشته ۱۸۹۴) در شهر هامبورگ در کشور آلمان به دنیا آمد. به خاطر او هرتز به عنوان یک یکا در دستگاه SI در نظر گرفته شده‌است. او اولین کسی بود که وجود امواج الکترومغناطیسی را ثابت کرد.  پدرش، گوستاو هرتز که از دین یهودیت به مسحیت تغییر دین داده بود، با یک خانم مسیحی به نام آنا الیزابت فِفِرکرن ازدواج کرده بود. مادر او فرزند یک پزشک و پدرش در هامبورگ یک مشاور بود. او در زمانی که در هامبورگ به مدرسه می‌رفت، استعداد زیادی در زمینهٔ علم و یادگیری زبان‌های عربی و سانسکریت نشان داد. وی در رشته‌های فیزیک و مهندسی در شهرهای برلین، مونیخ و درسدن به ادامه تحصیل پرداخت. در دانشگاه، او زیر نظر استادانی مانند هلمهولتس تحصیل کرد. در سال ۱۸۸۰ مدرک دکترای خود را گرفت ولی تا سال ۱۸۸۳، هنگامی که خود به منصب استادی فیزیک نظری در دانشگاه کیل در آمد، به صورت دانشجوی هلمهولتس باقی ماند. در سال ۱۸۸۵ استاد تمام وقت در دانشگاه کارلسروهه شد؛ جایی که امواج الکترو مغناطیسی را کشف کرد.

بسامد یا فرکانس (frequency) معیار اندازه‌گیری تعداد تکرار یک رخداد در یک واحد زمانی معین است. برای محاسبه فرکانس بر روی یک بازه زمانی ثابت، تعداد دفعات وقوع آن حادثه را در آن بازه می‌شماریم و سپس این تعداد را بر طول بازهٔ زمانی تقسیم می‌کنیم.  در سیستم واحدهای SI، برای قدردانی و بزرگ داشت فیزیک‌دان آلمانی هاینریش رودولف هرتز، فرکانس با هرتز(Hz)؛ که یکای اندازه‌گیری فرکانس موج‌هااست، اندازه‌گیری می‌شود. یک هرتز به این معنی است که یک رویداد یک‌بار در هر ثانیه رخ می‌دهد.  واحدهای دیگری نیز برای اندازه‌گیری فرکانس در جای خود بکار می‌روند که پاره‌ای از آن‌ها به این شرح هستند: سیکل بر ثانیه، دور بر دقیقه (rpm)، سرعت قلب توسط واحد ضربان بر دقیقه اندازه‌گیری می‌شود، و حادثه بر سال (فرکانس آماری). یک روش جایگزین برای محاسبهٔ فرکانس، اندازه‌گیری زمان بین دو رخداد متوالی حادثه‌ای است (دورهٔ تناوب) و سپس محاسبه فرکانس به صورت عددی متقابل این زمان مانند F=1/T است.

فرکانس امواج در اندازه‌گیری فرکانس صدا، امواج الکترومغناطیسی (مانند امواج رادیویی یا نور)، سیگنال‌های الکتریکی یا دیگر امواج، فرکانس بر حسب هرتز، تعداد سیکل‌های شکل موج تکراری است. اگر موج یک صدا باشد، فرکانس آن چیزی است که نواک (زیر و بمی) این موج را مشخص می‌کند.فرکانس رابطه معکوسی با مفهوم طول موج دارد. فرکانس f برابر است با سرعت v یک موج تقسیم بر طول موج (لاندا) است که:

ر موارد خاص که امواج الکترومغناطیسی از خلأ عبور می‌کنند، v=c که در آن c برابر سرعت نور در خلأ است و این عبارت به صورت زیر در می‌آید:

در علم آمار فرکانس یک واقعه برابر است با تعداد دفعات رخ دادن یک حادثه در آزمایش یا مطالعه‌ای که در یک دوره زمانی صورت می‌گیرد. فرکانس‌ها معمولاً به صورت گرافیکی در نمودار هیستوگرامر نمایش داده می‌شوند.

(نمونه یک فرکانس در حال افزایش مانند اتفاقی که در اورکلاک نیز رخ می دهد)

نکته:فرکانس های امروزی به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم می گردند.این فرکانس ها در برخی فاکتورها مانند شکل موج،دارای تفاوت های بسیاری هستند.مرتب بودن فرکانس های دیجیتال و دقت بالای آنها در ارسال اطلاعات که به صورت 1/0 هستند،جزو برجستگی های آن است.با مطالعه اطلاعاتی در بخش دامنه فرکانس،این مبحث را به طور بهتری درک خواهید کرد.

در الکترونیک، مهندسی کنترل و آمار به تحلیل توابع ریاضی و یا سیگنال‌ها بر پایه فرکانس (و نه زمان) دامنه فرکانس (Frequency domain) گفته می‌شود.به بیان ساده‌تر نمودار دامنه زمان تغییرات یک سیگنال با گذشت زمان را نشان می‌دهد در حالی‌که نمودار دامنه فرکانس مشخص می‌کند که چه مقدار از سیگنال در باند فرکانسی داده‌شده در یک بازه فرکانسی قرار دارد. همچنین یک نمودار دامنه فرکانس می‌تواند اطلاعاتی درباره تغییر فاز مورد نیاز موج سینوسی برای ممکن شدن بازیابی سیگنال اولیه آن داشته‌باشد.  یک تابع یا سیگنال داده‌شده می‌تواند به کمک عملگر تبدیل از دامنه زمان به دامنه فرکانس و یا برعکس برد. برای مثال تبدیل فوریه تبدیلی است که ورودی را به دامنه فرکانس می‌برد. طیف اجزای فرکانسی درواقع دامنه یک سیگنال را مشخص می‌کند. تبدیل معکوس فوریه نیز ورودی را از دامنه فرکانس به دامنه زمان برمی‌گرداند.  تحلیل‌گر طیفی ابزار رایجی است که امروزه برای نمایش سیگنال‌های دنیای واقعی در دامنه فرکانس از آن استفاده میشود.

یادتان باشد که تنها طول موج،شدت فرکانس و تعداد فرکانس های عبوری در هر ثانیه،ملاک بدست آوردن توان پردازشی یک GPU و یا CPU نبوده و نخواهد بود.معماری تولید،لیتوگرافی،پهنای باند،حجم حافظه و…نیز جزو عوامل موثر در این زمینه هستند.همانطور که بارها نیز بدان برخورد کرده ایم،گاها یک کارت گرافیک با مشخصات ضعیفتر بر روی کاغذ،از قدرت و سرعت بیشتری برخوردار است.

(تبدیل فوریه دامنه زمان (رنگ قرمز) یک تابع را با دامنه فرکانس (رنگ آبی) آن مرتبط می‌کند)

دوستان و عزیزان،در صورتی که با وجود مطالعه متن همچنان سوالاتی در این زمینه برای شما وجود دارد،می توانید در قسمت نظرات همین مطلب،اعلام بفرمائید تا پاسخ آنها داده شود.