Τι είναι ο παλμός του ρολογιού;

Σε έναν υπολογιστή, τα περισσότερα στοιχεία συγχρονίζονται με ένα ρολόι. Ωστόσο, δεν είναι απαραίτητα όλα συγχρονισμένα με το ίδιο ρολόι. Η CPU, για παράδειγμα, μπορεί να λειτουργεί απίστευτα γρήγορα, με τα μοντέλα υψηλής τεχνολογίας να πλησιάζουν να φτάσουν τα 6 δισεκατομμύρια κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Τα περισσότερα άλλα εξαρτήματα δεν μπορούν να ανταποκριθούν σε αυτήν την απίστευτη ταχύτητα. Το ρολόι δείχνει ακριβώς πότε ένα εξάρτημα υποτίθεται ότι λειτουργεί. Η ακριβής λειτουργικότητα, φυσικά, εξαρτάται από το εξάρτημα. Αλλά η βασική ιδέα είναι η ίδια, μόνιμα συγχρονισμένη με το τικ του ρολογιού.

Σε έναν υπολογιστή, σχεδόν όλα τα ρολόγια σηματοδοτούνται με ένα τετράγωνο κύμα. Ένας παλμός ρολογιού είναι η «αιχμή» του τετραγωνικού κύματος. Είναι ενδιαφέρον ότι τίποτα δεν χρησιμοποιεί αυτή την κορυφή ως έναυσμα για οτιδήποτε. Ακόμη και ένα ρολόι που χτυπά 6 δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο ξοδεύει αρκετό χρόνο στην αιχμή και στο κατώτατο σημείο, ώστε ο ακριβής χρονισμός να έχει αρκετή διακύμανση για να προκαλέσει προβλήματα. Αντίθετα, οι περισσότερες συσκευές λειτουργούν ειδικά στην ανερχόμενη άκρη του παλμού ρολογιού καθώς ενεργοποιείται.

Η RAM είναι μια ενδιαφέρουσα εξαίρεση. Ίσως γνωρίζετε ότι οι γενιές RAM αναφέρονται επί του παρόντος ως "DDR X". Αυτός ο όρος DDR είναι σημαντικός. Αντιπροσωπεύει "Διπλός ρυθμός δεδομένων". Ενώ οι τυπικές συσκευές λειτουργούν μόνο στην ανερχόμενη άκρη του παλμού ρολογιού, η μνήμη RAM DDR λειτουργεί τόσο στην ανερχόμενη όσο και στην καθοδική άκρη του παλμού ρολογιού. Αυτό διπλασιάζει το εύρος ζώνης του σε σχέση με την ίδια τεχνολογία χρησιμοποιώντας τον Ενιαίο Ρυθμό Δεδομένων. Καθώς το εύρος ζώνης είναι ένα κρίσιμο μέρος της απόδοσης της μνήμης RAM, αυτή η τεχνολογία DDR είναι πλέον καθολική στη μνήμη RAM.

Πώς λειτουργεί ο παλμός του ρολογιού;

Μια γεννήτρια ρολογιού δημιουργεί τον παλμό ρολογιού. Αυτός είναι συνήθως ένας προσεκτικά διαμορφωμένος κρύσταλλος χαλαζία με ηλεκτρικό ρεύμα που περνά από πάνω του. Μία από τις εγγενείς ιδιότητές του είναι ότι παράγει έναν απόλυτα κανονικό παλμό ηλεκτρισμού. Ενώ οι κρύσταλλοι μπορούν να συντονιστούν σε ένα εύρος συχνοτήτων, συνήθως χρησιμοποιούνται μόνο δύο και τότε μόνο ένας από αυτούς είναι κυρίαρχος. Τα περισσότερα ρολόγια χτυπούν στα 100 MHz ή 100 εκατομμύρια κύκλους ανά δευτερόλεπτο. Ορισμένοι υπολογιστές διαθέτουν δεύτερο ρολόι που λειτουργεί σε συχνότητα 125 MHz.

Ίσως παρατηρήσετε ότι αυτό είναι αξιοσημείωτα χαμηλότερο από τα 6 GHz που μπορούν να αποκτήσουν, σε βέλτιστες συνθήκες, οι σύγχρονοι επεξεργαστές. Αντί να κάνετε ένα ρολόι για τον έλεγχο της ταχύτητας της CPU και στη συνέχεια να το κλειδώσετε σε αυτήν την ακριβή συχνότητα, η συχνότητα μιας CPU και άλλων συσκευών ρυθμίζεται μέσω ενός πολλαπλασιαστή. Ο πολλαπλασιαστής πολλαπλασιάζει πόσοι παλμοί υπάρχουν ανά δευτερόλεπτο. Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα αυτού είναι ότι ο πολλαπλασιαστής μπορεί να ρυθμιστεί. Αυτή η προσαρμογή μπορεί να γίνει εν κινήσει, επιτρέποντας εξαιρετικό έλεγχο της απόδοσης με βάση το θερμικό ύψος, το ύψος ισχύος και το φορτίο.

Περιορισμοί σχεδίασης από την εργασία με παλμούς ρολογιού

Ο συγχρονισμός με τα ρολόγια αυξάνει σημαντικά την απόδοση της μνήμης RAM και ωφελεί τα περισσότερα εξαρτήματα του υπολογιστή. Ωστόσο, έχει κάποιους ασυνήθιστους περιορισμούς. Ενώ επιτάχυνε τη μνήμη RAM, μια σχολή σκέψης υποδηλώνει ότι επιβραδύνει τους CPU.

Ένας ρυθμός ρολογιού CPU πρέπει να περιορίζεται σε μια συντηρητική εκτίμηση της απόδοσης στη χειρότερη περίπτωση της πιο αργής λειτουργίας μιας CPU. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να εγγυηθείτε ότι όλα ολοκληρώνονται σε έναν κύκλο ρολογιού και ότι δεν θα αιμορραγούν ορισμένα πράγματα, δημιουργώντας ακούσιες διαμορφώσεις. Αυτό σημαίνει ότι μια CPU που δεν είναι δεσμευμένη από ένα ρολόι, ικανή να ολοκληρώσει τις λειτουργίες όσο γρήγορα θέλει και στη συνέχεια να προχωρήσει αμέσως στην επόμενη, θα μπορούσε θεωρητικά να λειτουργήσει πολύ πιο γρήγορα.

Το πρόβλημα με αυτό είναι η λογική. Καθώς τα πράγματα δεν ολοκληρώνονται απαραίτητα σε ένα προβλέψιμο χρονοδιάγραμμα, πρέπει να προσθέσετε πολλά επιπλέον κυκλώματα επαλήθευσης. Επιπλέον, καθώς αυτή η ιδέα της αρχιτεκτονικής δεν ευνοείται, δεν υπάρχει πλήρως εξοπλισμένο λογισμικό σχεδιασμού CPU για το σχεδιασμό ασύγχρονων CPU. Αυτό καθιστά δύσκολη την επαλήθευση εάν η ιδέα θα παρείχε μια συνολική ώθηση της απόδοσης.

Τα ηλεκτρόνια είναι αργά

Ενώ μπορεί να πιστεύετε ότι η παροχή ενός σήματος ρολογιού σε μια CPU είναι σχετικά απλή, δεν είναι καθόλου. Οι σύγχρονες CPU είναι μάλλον μεγάλες και πολύ περίπλοκες. Αυτό σημαίνει ότι ο χρόνος διάδοσης ενός ηλεκτρικού σήματος από τη μια πλευρά στην άλλη μπορεί να είναι σημαντικός, τουλάχιστον σε σύγκριση με τα έξι δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Το σήμα ρολογιού εισάγεται στην CPU σε πολλά σημεία για να διασφαλιστεί ότι ολόκληρη η CPU είναι τέλεια συγχρονισμένη.

Καθώς οι CPU μεγαλώνουν και η πυκνότητα των χαρακτηριστικών αυξάνεται, απαιτούνται περισσότερα κυκλώματα για την παροχή ακριβούς χρονισμού. Επιπλέον, καθώς ο «Κόμβος» των CPU έχει μειωθεί, η αντίσταση στα μικρότερα καλώδια έχει αυξηθεί. Αυτό σημαίνει ότι η ισχύς που απαιτείται για να μετρήσετε το ρολόι στις σύγχρονες CPU αποτελεί ένα εύλογο ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας.

Καθώς η άντληση ισχύος επηρεάζει άμεσα την παραγωγή θερμότητας, έχει διπλό αντίκτυπο στην απόδοση της CPU, και τα δύο αρνητικά. Αυτό είναι ένα επιπλέον επιχείρημα για ασύγχρονες CPU. Ελλείψει ρολογιού, δεν έχουν αυτήν την άντληση ισχύος και την παραγωγή θερμότητας, αφήνοντας περισσότερο θερμικό και ηλεκτρικό χώρο για πραγματική απόδοση, συμβάλλοντας περαιτέρω στην αναπλήρωση της απαραίτητης αύξησης της πολυπλοκότητας.

συμπέρασμα

Ένας παλμός ρολογιού είναι η κορυφή ενός σήματος ρολογιού τετραγωνικού κύματος που χρησιμοποιείται για συγχρονισμό υπολογιστή. Τα περισσότερα εξαρτήματα χρησιμοποιούν ειδικά την ανερχόμενη άκρη αυτού του παλμού για να λειτουργήσουν. Η DDR RAM, ωστόσο, χρησιμοποιεί τόσο την ανερχόμενη όσο και την καθοδική άκρη του παλμού για να λειτουργήσει. Μια γεννήτρια ρολογιού, όπως ένας πιεζοηλεκτρικός ταλαντωτής χαλαζία, παράγει τον παλμό. Αυτοί οι παλμοί στη συνέχεια τυπικά τροποποιούνται από έναν πολλαπλασιαστή για να ταιριάζουν με ακρίβεια στην επιθυμητή ταχύτητα ρολογιού.