Hvad er en urpuls?

I en computer er de fleste komponenter synkroniseret med et ur. Ikke alt er dog nødvendigvis synkroniseret med det samme ur. CPU'en kan for eksempel køre utrolig hurtigt, med avancerede modeller, der er tæt på at nå 6 milliarder cyklusser i sekundet. De fleste andre komponenter er ikke i stand til at matche denne utrolige hastighed. Uret viser præcis, hvornår en komponent skal fungere. Den nøjagtige funktionalitet afhænger selvfølgelig af komponenten. Men grundkonceptet er det samme, permanent synkroniseret med urets tikken.

I en computer signaleres næsten alle ure med en firkantbølge. En urimpuls er "peak" af firkantbølgen. Interessant nok bruger intet den top som udløseren for noget. Selv et ur, der tikker 6 milliarder gange i sekundet, bruger nok tid i toppen og dalen til, at den nøjagtige timing ville have nok variation til at forårsage problemer. I stedet fungerer de fleste enheder specifikt på den stigende kant af urpulsen, når den aktiveres.

RAM er en interessant undtagelse. Du ved måske, at RAM-generationer i øjeblikket omtales som "DDR X." Dette DDR-udtryk er betydningsfuldt. Det står for "Double Data Rate". Mens standardenheder kun fungerer på den stigende kant af urimpulsen, fungerer DDR RAM på både den stigende og faldende kant af urimpulsen. Dette fordobler sin båndbredde i forhold til den samme teknologi ved hjælp af Single Data Rate. Da båndbredde er en kritisk del af RAM-ydeevne, er denne DDR-teknologi nu universel i RAM.

Hvordan virker urpulsen?

En urgenerator genererer urpulsen. Dette er typisk en omhyggeligt formet kvartskrystal med en elektrisk strøm ført over sig. En af dens iboende egenskaber er, at den genererer en perfekt regelmæssig puls af elektricitet. Mens krystallerne kan indstilles til en række frekvenser, bruges der typisk kun to, og så er kun én af dem dominerende. De fleste ure tikker ved 100MHz eller 100 millioner cyklusser i sekundet. Nogle computere har et andet ur, der fungerer ved en frekvens på 125MHz.

Du bemærker måske, at dette er bemærkelsesværdigt lavere end de 6GHz, der kan opnås, under optimale forhold, af moderne CPU'er. I stedet for at lave et ur til at styre CPU-hastigheden og derefter låse den til den nøjagtige frekvens, indstilles frekvensen af ​​en CPU og andre enheder via en multiplikator. Multiplikatoren multiplicerer, hvor mange impulser der er pr. sekund. En af de vigtigste fordele ved dette er, at multiplikatoren kan justeres. Denne justering kan ske med det samme, hvilket tillader fin ydelseskontrol baseret på termisk frihøjde, krafthøjde og belastning.

Designbegrænsninger ved at arbejde med urimpulser

Synkronisering til ure øger RAM-ydeevnen betydeligt og gavner de fleste pc-komponenter. Det har dog nogle usædvanlige begrænsninger. Mens det fremskyndede RAM, antyder en tankegang, at det har bremset CPU'er.

En CPU-clock-rate skal begrænses til et konservativt estimat af den værst tænkelige ydeevne af den langsomste funktion af en CPU. På denne måde kan du garantere, at alt gennemføres i én urcyklus, og du ikke har nogle ting, der bløder over, hvilket skaber utilsigtede konfigurationer. Dette betyder, at en CPU, der ikke er bundet af et ur, der er i stand til at udføre operationer så hurtigt, som den vil og derefter kan gå videre til den næste med det samme, teoretisk set kunne fungere meget hurtigere.

Problemet med dette er logikken. Da tingene ikke nødvendigvis gennemføres på en forudsigelig tidsplan, skal du tilføje en masse ekstra verifikationskredsløb. Da dette arkitekturkoncept er ugunstigt, eksisterer der ingen fuldt udstyret CPU-designsoftware til at designe asynkrone CPU'er. Dette gør det vanskeligt at verificere, om konceptet ville give et samlet præstationsløft.

Elektroner er langsomme

Selvom du måske tror, ​​at det er relativt simpelt at levere et clocksignal til en CPU, er det meget ikke. Moderne CPU'er er ret store og dybt indviklede; det betyder, at udbredelsestiden for et elektrisk signal fra den ene side til den anden kan være betydelig, i det mindste sammenlignet med en seks milliardtedele af et sekund. Ursignalet introduceres til CPU'en mange steder for at sikre, at hele CPU'en er perfekt synkroniseret.

Efterhånden som CPU'er bliver større og har højere tæthed, kræves der flere kredsløb for at give nøjagtig clocking. Efterhånden som CPU'ernes "knudepunkt" er faldet, er modstanden på de mindre ledninger øget. Det betyder, at den strøm, der kræves for at sætte uret på moderne CPU'er, udgør en rimelig andel af det samlede strømforbrug.

Da strømforbruget direkte påvirker varmeproduktionen, har det en todelt indvirkning på CPU-ydelsen, begge negative. Dette er et yderligere argument for asynkrone CPU'er. Mangler de et ur, mangler de dette strømforbrug og varmeproduktion, hvilket giver mere termisk og kraftoverflade til faktisk ydeevne, hvilket yderligere hjælper med at kompensere for den nødvendige stigning i kompleksitet.

Konklusion

En urimpuls er toppen af ​​et firkantbølge-ursignal, der bruges til computersynkronisering. De fleste komponenter bruger specifikt den stigende kant af den puls til at fungere. DDR RAM bruger imidlertid både den stigende og faldende kant af pulsen til at fungere. En urgenerator, såsom en kvarts piezoelektrisk oscillator, genererer pulsen. Disse impulser modificeres så typisk af en multiplikator for præcist at matche den ønskede klokhastighed.