Què és un pols de rellotge?

En un ordinador, la majoria dels components estan sincronitzats amb un rellotge. Tanmateix, no tot està necessàriament sincronitzat amb el mateix rellotge. La CPU, per exemple, pot funcionar increïblement ràpid, amb models de gamma alta que s'acosten a arribar als 6.000 milions de cicles per segon. La majoria dels altres components no poden igualar aquesta velocitat increïble. El rellotge indica exactament quan se suposa que ha de funcionar un component. La funcionalitat exacta, per descomptat, depèn del component. Però el concepte bàsic és el mateix, permanentment sincronitzat amb el tic del rellotge.

En un ordinador, gairebé tots els rellotges estan senyalitzats amb una ona quadrada. Un pols de rellotge és el "pic" de l'ona quadrada. Curiosament, res no utilitza aquest pic com a detonant de res. Fins i tot un rellotge que marca 6.000 milions de vegades per segon passa prou temps al pic i al baix perquè el temps exacte tingués prou variació per causar problemes. En canvi, la majoria dels dispositius funcionen específicament a la vora ascendent del pols del rellotge mentre s'activa.

La memòria RAM és una excepció interessant. És possible que sàpigues que les generacions de RAM es coneixen actualment com a "DDR X". Aquest terme DDR és significatiu. Significa "Taxa de dades doble". Mentre que els dispositius estàndard només funcionen al front ascendent del pols del rellotge, la memòria RAM DDR funciona tant al front ascendent com a la baixa del pols del rellotge. Això duplica el seu ample de banda amb la mateixa tecnologia utilitzant Single Data Rate. Com que l'amplada de banda és una part crítica del rendiment de la memòria RAM, aquesta tecnologia DDR ara és universal a la memòria RAM.

Com funciona el pols del rellotge?

Un generador de rellotge genera el pols del rellotge. Normalment es tracta d'un cristall de quars de forma acurada amb un corrent elèctric que hi passa per sobre. Una de les seves propietats intrínseques és que genera un pols d'electricitat perfectament regular. Tot i que els cristalls es poden sintonitzar a una gamma de freqüències, normalment només s'utilitzen dos, i només un d'ells és dominant. La majoria dels rellotges passen a 100 MHz o 100 milions de cicles per segon. Alguns ordinadors disposen d'un segon rellotge que funciona a una freqüència de 125 MHz.

Podeu notar que això és notablement inferior als 6GHz que poden obtenir, en condicions òptimes, les CPU modernes. En lloc de fer un rellotge per controlar la velocitat de la CPU i després bloquejar-la a aquesta freqüència exacta, la freqüència d'una CPU i altres dispositius s'estableix mitjançant un multiplicador. El multiplicador multiplica quants polsos hi ha per segon. Un dels avantatges clau d'això és que el multiplicador es pot ajustar. Aquest ajust es pot produir sobre la marxa, permetent un control de rendiment fi basat en l'espai tèrmic, l'espai de potència i la càrrega.

Limitacions del disseny del treball amb polsos de rellotge

La sincronització amb els rellotges augmenta significativament el rendiment de la memòria RAM i beneficia la majoria dels components de l'ordinador. Tanmateix, té algunes limitacions inusuals. Tot i que va accelerar la memòria RAM, una escola de pensament suggereix que ha alentit les CPU.

La freqüència de rellotge de la CPU s'ha de limitar a una estimació conservadora del rendiment del pitjor cas de la funció més lenta d'una CPU. D'aquesta manera, podeu garantir que tot es completi en un cicle de rellotge, i que no hi ha coses que sagnen, creant configuracions no desitjades. Això vol dir que una CPU deslligada per un rellotge, capaç de completar les operacions tan ràpid com vulgui i després poder passar a la següent immediatament, teòricament podria funcionar molt més ràpid.

El problema d'això és la lògica. Com que les coses no es completen necessàriament en un calendari previsible, heu d'afegir molts circuits de verificació addicionals. A més, com que aquest concepte d'arquitectura no és afavorit, no existeix cap programari de disseny de CPU amb totes les funcions per dissenyar CPU asíncrones. Això fa que sigui difícil verificar si el concepte proporcionaria un augment del rendiment global.

Els electrons són lents

Tot i que podeu pensar que proporcionar un senyal de rellotge a una CPU és relativament senzill, no ho és gaire. Les CPU modernes són bastant grans i profundament intricades; això vol dir que el temps de propagació d'un senyal elèctric d'un costat a l'altre pot ser significatiu, almenys en comparació amb sis mil milions de segon. El senyal del rellotge s'introdueix a la CPU en molts llocs per garantir que tota la CPU estigui perfectament sincronitzada.

A mesura que les CPU creixen i augmenten la densitat de les característiques, es requereixen més circuits per proporcionar un rellotge precís. A més, a mesura que el "Node" de les CPU ha disminuït, la resistència als cables més petits ha augmentat. Això vol dir que la potència necessària per marcar el rellotge de les CPU modernes representa una proporció raonable de la potència total.

Com que el consum d'energia afecta directament la producció de calor, té un impacte en dues parts en el rendiment de la CPU, ambdues negatives. Aquest és un argument més per a les CPU asíncrones. A falta d'un rellotge, no tenen aquest consum d'energia i producció de calor, deixant més espai tèrmic i de potència per al rendiment real, ajudant encara més a compensar l'augment necessari de complexitat.

Conclusió

Un pols de rellotge és el pic d'un senyal de rellotge d'ona quadrada utilitzat per a la sincronització de l'ordinador. La majoria dels components utilitzen específicament el front ascendent d'aquest pols per funcionar. La memòria RAM DDR, però, utilitza tant el front ascendent com el descendent del pols per funcionar. Un generador de rellotges, com un oscil·lador piezoelèctric de quars, genera el pols. Aquests polsos solen ser modificats per un multiplicador per coincidir amb precisió amb la velocitat de rellotge desitjada.