Какво е часовников импулс?

В компютъра повечето компоненти са синхронизирани с часовник. Не всичко обаче е задължително да се синхронизира с един и същи часовник. Процесорът, например, може да работи невероятно бързо, като моделите от висок клас се доближават до 6 милиарда цикъла в секунда. Повечето други компоненти не могат да достигнат тази невероятна скорост. Часовникът показва точно кога даден компонент трябва да работи. Точната функционалност, разбира се, зависи от компонента. Но основната концепция е същата, постоянно синхронизирана с тиктакането на часовника.

В компютъра почти всички часовници се сигнализират с квадратна вълна. Тактовият импулс е "пикът" на квадратната вълна. Интересното е, че нищо не използва този пик като спусък за каквото и да било. Дори часовник, който тиктака 6 милиарда пъти в секунда, прекарва достатъчно време в пика и дъното, така че точното време би имало достатъчно вариации, за да причини проблеми. Вместо това повечето устройства работят специално на нарастващия фронт на тактовия импулс, докато се активира.

RAM е интересно изключение. Може би знаете, че поколенията RAM в момента се наричат ​​„DDR X“. Този DDR термин е важен. Това означава „Двойна скорост на предаване на данни“. Докато стандартните устройства работят само на нарастващия фронт на тактовия импулс, DDR RAM работи както на нарастващия, така и на спадащия фронт на тактовия импулс. Това удвоява неговата честотна лента при същата технология, използваща единична скорост на предаване на данни. Тъй като честотната лента е критична част от производителността на RAM, тази DDR технология вече е универсална в RAM.

Как работи импулсът на часовника?

Тактовият генератор генерира тактовия импулс. Това обикновено е внимателно оформен кварцов кристал, върху който преминава електрически ток. Едно от присъщите му свойства е, че генерира идеално правилен електрически импулс. Докато кристалите могат да бъдат настроени на диапазон от честоти, обикновено се използват само две и тогава само една от тях е доминираща. Повечето часовници тиктакат на 100MHz или 100 милиона цикъла в секунда. Някои компютри разполагат с втори часовник, който работи на честота от 125MHz.

Може да забележите, че това е забележително по-ниско от 6GHz, които могат да бъдат постигнати при оптимални условия от съвременните процесори. Вместо да се направи един часовник, за да се контролира скоростта на процесора и след това да се заключи към тази точна честота, честотата на процесора и другите устройства се задава чрез множител. Умножителят умножава колко импулса има в секунда. Едно от основните предимства на това е, че множителят може да се регулира. Тази настройка може да се извърши в движение, което позволява фино управление на производителността въз основа на топлинна височина, мощност и натоварване.

Ограничения на дизайна при работа с тактови импулси

Синхронизирането с часовници значително увеличава производителността на RAM и е от полза за повечето компютърни компоненти. Все пак има някои необичайни ограничения. Въпреки че ускорява RAM паметта, школа на мисълта предполага, че забавя процесорите.

Тактовата честота на процесора трябва да бъде ограничена до консервативна оценка на най-лошия случай на най-бавната функция на процесора. По този начин можете да гарантирате, че всичко ще завърши за един такт и няма да имате някои неща, които се изпускат, създавайки нежелани конфигурации. Това означава, че процесор, необвързан от часовник, способен да изпълнява операции толкова бързо, колкото иска и след това да може да премине към следващата незабавно, теоретично може да работи много по-бързо.

Проблемът с това е логиката. Тъй като нещата не завършват непременно по предвидим график, трябва да добавите много допълнителни схеми за проверка. Освен това, тъй като тази концепция за архитектура е неблагоприятна, не съществува напълно функционален софтуер за проектиране на CPU за проектиране на асинхронни CPU. Това затруднява проверката дали концепцията ще осигури цялостно повишаване на производителността.

Електроните са бавни

Въпреки че може да си мислите, че предоставянето на тактов сигнал към процесора е сравнително просто, в голяма степен не е така. Съвременните процесори са доста големи и дълбоко сложни; това означава, че времето за разпространение на електрически сигнал от едната страна до другата може да бъде значително, поне в сравнение с една шест милиарда от секундата. Тактовият сигнал се въвежда в процесора на много места, за да се гарантира, че целият процесор е перфектно синхронизиран.

Тъй като процесорите стават по-големи и плътността на функциите става по-висока, са необходими повече вериги, за да се осигури точно тактоване. Освен това, тъй като „възелът“ на процесорите е намалял, съпротивлението на по-малките проводници се е увеличило. Това означава, че мощността, необходима за тиктакане на часовника на съвременните процесори, съставлява разумна част от общата консумирана мощност.

Тъй като потреблението на енергия влияе пряко върху производството на топлина, то има двустранно въздействие върху производителността на процесора, като и двете са отрицателни. Това е допълнителен аргумент в полза на асинхронните процесори. Тъй като нямат часовник, те нямат това потребление на енергия и производство на топлина, оставяйки повече топлинна и мощностна височина за действителната производителност, което допълнително помага да се компенсира необходимото увеличение на сложността.

Заключение

Тактовият импулс е пикът на тактовия сигнал с квадратна вълна, използван за компютърна синхронизация. Повечето компоненти специално използват нарастващия фронт на този импулс, за да работят. DDR RAM обаче използва както нарастващия, така и спадащия фронт на импулса, за да работи. Тактов генератор, като кварцов пиезоелектрически осцилатор, генерира импулса. След това тези импулси обикновено се модифицират от умножител, за да съответстват точно на желаната тактова честота.