Co je to hodinový puls?

V počítači je většina komponent synchronizována s hodinami. Ne vše je však nutně synchronizováno se stejnými hodinami. Například CPU může běžet neuvěřitelně rychle, přičemž špičkové modely se blíží k dosažení 6 miliard cyklů za sekundu. Většina ostatních komponent není schopna se této neuvěřitelné rychlosti rovnat. Hodiny přesně ukazují, kdy má součást fungovat. Přesná funkčnost samozřejmě závisí na komponentě. Základní koncept je ale stejný, trvale synchronizovaný s tikotem hodin.

V počítači jsou téměř všechny hodiny signalizovány čtvercovou vlnou. Hodinový puls je „vrcholem“ obdélníkové vlny. Je zajímavé, že nic nevyužívá tento vrchol jako spouštěč čehokoli. Dokonce i hodiny, které tikají 6 miliardkrát za sekundu, stráví ve špičce a sestupu dostatek času, takže přesné načasování by mělo dostatek kolísání, aby způsobilo problémy. Místo toho většina zařízení pracuje specificky na vzestupné hraně hodinového pulsu, když se aktivuje.

RAM je zajímavá výjimka. Možná víte, že generace RAM se v současnosti označují jako „DDR X“. Tento termín DDR je významný. Zkratka znamená „Double Data Rate“. Zatímco standardní zařízení fungují pouze na náběžné hraně hodinového pulsu, DDR RAM pracuje jak na náběžné, tak sestupné hraně hodinového pulsu. Tím se zdvojnásobí jeho šířka pásma přes stejnou technologii pomocí Single Data Rate. Vzhledem k tomu, že šířka pásma je kritickou součástí výkonu paměti RAM, tato technologie DDR je nyní v paměti RAM univerzální.

Jak funguje puls hodin?

Hodinový puls generuje hodinový generátor. Obvykle se jedná o pečlivě tvarovaný křemenný krystal, přes který prochází elektrický proud. Jednou z jeho vnitřních vlastností je, že generuje dokonale pravidelný pulz elektřiny. Zatímco krystaly mohou být naladěny na řadu frekvencí, typicky se používají pouze dva a pouze jeden z nich je dominantní. Většina hodin tiká na 100 MHz nebo 100 milionech cyklů za sekundu. Některé počítače jsou vybaveny druhými hodinami, které pracují na frekvenci 125 MHz.

Můžete si všimnout, že je to výrazně nižší než 6 GHz, které lze za optimálních podmínek získat moderními CPU. Místo toho, aby se jedna hodina řídila rychlost CPU a pak se zamykala na tuto přesnou frekvenci, frekvence CPU a dalších zařízení se nastavuje pomocí násobiče. Násobič násobí počet pulzů za sekundu. Jednou z klíčových výhod toho je, že násobič lze upravit. Tato úprava může probíhat za chodu a umožňuje jemné řízení výkonu na základě tepelné světlé výšky, výkonové světlé výšky a zatížení.

Omezení návrhu z práce s hodinovými pulsy

Synchronizace s takty výrazně zvyšuje výkon RAM a přináší výhody většině PC komponent. Má však některá neobvyklá omezení. Zatímco to zrychlilo RAM, myšlenkový směr naznačuje, že to zpomalilo CPU.

Frekvence hodin CPU musí být omezena na konzervativní odhad nejhoršího výkonu nejpomalejší funkce CPU. Tímto způsobem můžete zaručit, že se vše dokončí v jednom hodinovém cyklu a nebudou se vám některé věci roztékat a vytvářet nezamýšlené konfigurace. To znamená, že CPU nesvázaný hodinami, schopný dokončit operace tak rychle, jak chce, a pak okamžitě přejít na další, by teoreticky mohl fungovat mnohem rychleji.

Problém s tím je v logice. Protože věci nemusí nutně probíhat podle předvídatelného plánu, musíte přidat spoustu dalších ověřovacích obvodů. Kromě toho, protože tato koncepce architektury není upřednostňována, neexistuje žádný plně vybavený software pro návrh CPU pro navrhování asynchronních CPU. To ztěžuje ověření, zda by tento koncept zajistil celkové zvýšení výkonu.

Elektrony jsou pomalé

I když si možná myslíte, že poskytování hodinového signálu CPU je relativně jednoduché, není tomu tak. Moderní CPU jsou poměrně velké a hluboce složité; to znamená, že doba šíření elektrického signálu z jedné strany na druhou může být významná, přinejmenším ve srovnání s jednou šesti miliardtinou sekundy. Hodinový signál je zaváděn do CPU na mnoha místech, aby byla zajištěna dokonalá synchronizace celého CPU.

Jak se CPU zvětšují a hustota funkcí se zvyšuje, je k zajištění přesného taktování zapotřebí více obvodů. Kromě toho, jak se „uzel“ CPU zmenšil, zvýšil se odpor na menších vodičích. To znamená, že výkon potřebný k taktu na moderních CPU tvoří rozumnou část celkového odběru energie.

Vzhledem k tomu, že spotřeba energie přímo ovlivňuje produkci tepla, má dvoudílný dopad na výkon CPU, obě jsou negativní. Toto je další argument pro asynchronní CPU. Postrádají hodiny, postrádají tento odběr energie a produkci tepla, takže ponechávají více tepelné a energetické rezervy pro skutečný výkon, což dále pomáhá kompenzovat nezbytné zvýšení složitosti.

Závěr

Hodinový puls je vrchol hodinového signálu obdélníkového tvaru používaného pro synchronizaci počítače. Většina komponent specificky využívá k provozu náběžnou hranu tohoto pulsu. DDR RAM však využívá k provozu jak vzestupnou, tak sestupnou hranu pulzu. Generátor hodin, jako je křemenný piezoelektrický oscilátor, generuje impuls. Tyto impulsy jsou pak typicky modifikovány násobičem, aby přesně odpovídaly požadované rychlosti hodin.