Mis on kella impulss?

Arvutis on enamik komponente kellaga sünkroonitud. Kõik pole aga tingimata sama kellaga sünkroonitud. Näiteks protsessor võib töötada uskumatult kiiresti, tipptasemel mudelid jõuavad peaaegu 6 miljardi tsüklini sekundis. Enamik teisi komponente ei suuda sellele uskumatule kiirusele vastata. Kell näitab täpselt, millal komponent peaks töötama. Täpne funktsionaalsus oleneb muidugi komponendist. Kuid põhikontseptsioon on sama, püsivalt sünkroniseeritud kella tiksumisega.

Arvutis antakse peaaegu kõikidele kelladele märku ruutlainega. Kellimpulss on ruutlaine "tipp". Huvitav on see, et miski ei kasuta seda tippu millegi käivitajana. Isegi kell, mis tiksub 6 miljardit korda sekundis, veedab tipp- ja madalseisus piisavalt aega, et täpne ajastus oleks probleemide tekitamiseks piisavalt erinev. Selle asemel töötab enamik seadmeid konkreetselt kella impulsi tõusul, kui see aktiveeritakse.

RAM on huvitav erand. Võib-olla teate, et RAM-i põlvkondi nimetatakse praegu DDR X-iks. See DDR-termin on märkimisväärne. See tähistab "Double Data Rate". Kui standardseadmed töötavad ainult taktimpulsi tõusul, siis DDR RAM töötab nii kellampulsi tõusval kui ka langeval serval. See kahekordistab ribalaiust sama tehnoloogiaga, kasutades ühtset andmeedastuskiirust. Kuna ribalaius on RAM-i jõudluse oluline osa, on see DDR-tehnoloogia nüüd RAM-is universaalne.

Kuidas kella impulss töötab?

Kella generaator genereerib taktimpulsi. Tavaliselt on see hoolikalt kujundatud kvartskristall, millest juhitakse läbi elektrivool. Üks selle olemuslikest omadustest on see, et see genereerib täiesti korrapärase elektriimpulsi. Kuigi kristalle saab häälestada erinevatele sagedusvahemikele, kasutatakse tavaliselt ainult kahte ja siis on ainult üks neist domineeriv. Enamik kellasid tiksub sagedusel 100 MHz või 100 miljonit tsüklit sekundis. Mõnel arvutil on teine ​​kell, mis töötab sagedusel 125 MHz.

Võite märgata, et see on märkimisväärselt madalam kui 6 GHz, mida tänapäevased protsessorid optimaalsetes tingimustes saavutavad. Selle asemel, et teha protsessori kiiruse juhtimiseks üks kell ja lukustada see täpselt sellele sagedusele, määratakse protsessori ja muude seadmete sagedus kordaja kaudu. Kordaja korrutab, mitu impulssi on sekundis. Selle üks peamisi eeliseid on see, et kordajat saab reguleerida. See reguleerimine võib toimuda lennult, võimaldades täpset jõudlust reguleerida termilise kõrguse, võimsuse kõrguse ja koormuse alusel.

Disainipiirangud kella impulssidega töötamisel

Kelladega sünkroonimine suurendab oluliselt RAM-i jõudlust ja toob kasu enamikule arvutikomponentidele. Sellel on siiski mõned ebatavalised piirangud. Kuigi see kiirendas RAM-i, viitab mõttekool, et see aeglustab protsessoreid.

Protsessori taktsagedus peab olema piiratud protsessori kõige aeglasema funktsiooni halvima toimivuse konservatiivse hinnanguga. Nii saate tagada, et kõik saab lõpule ühe kella tsükliga ja teil ei teki mingeid asju, mis tekitavad soovimatuid konfiguratsioone. See tähendab, et kellaga sidumata protsessor, mis suudab toiminguid lõpule viia nii kiiresti kui soovib ja seejärel kohe järgmise juurde liikuda, võib teoreetiliselt töötada palju kiiremini.

Selle probleemiks on loogika. Kuna asjad ei pruugi lõppeda prognoositava ajakava järgi, peate lisama palju täiendavaid kinnitusskeeme. Lisaks, kuna see arhitektuurikontseptsioon on ebasoodne, puudub asünkroonsete protsessorite kujundamiseks täielikult varustatud CPU projekteerimise tarkvara. Seetõttu on raske kontrollida, kas kontseptsioon annaks üldise jõudluse tõuke.

Elektronid on aeglased

Ehkki võite arvata, et kellasignaali andmine protsessorile on suhteliselt lihtne, pole see siiski nii. Kaasaegsed protsessorid on üsna suured ja sügavalt keerukad; see tähendab, et elektrisignaali ühelt küljelt teisele levimise aeg võib olla märkimisväärne, vähemalt võrreldes ühe kuue miljardi sekundiga. Kellasignaal viiakse protsessorisse paljudes kohtades, et tagada kogu protsessori täiuslik sünkroniseerimine.

Kuna protsessorid muutuvad suuremaks ja funktsioonide tihedus suureneb, on täpse kellaaja tagamiseks vaja rohkem vooluringe. Veelgi enam, kuna protsessorite "sõlm" on vähenenud, on väiksemate juhtmete takistus suurenenud. See tähendab, et tänapäevaste protsessorite kella tiksumiseks vajalik võimsus moodustab mõistliku osa üldisest võimsustarbest.

Kuna energiatarve mõjutab otseselt soojuse tootmist, on sellel kaheosaline mõju protsessori jõudlusele, mõlemad negatiivsed. See on veel üks argument asünkroonsete protsessorite jaoks. Kella puudumisel puudub neil see energiatarve ja soojuse tootmine, jättes tegeliku jõudluse jaoks rohkem ruumi soojuse ja võimsuse jaoks, aidates veelgi kompenseerida vajalikku keerukuse kasvu.

Järeldus

Kellimpulss on arvuti sünkroonimiseks kasutatava ruutlaine taktsignaali tipp. Enamik komponente kasutab töötamiseks spetsiaalselt selle impulsi tõusvat serva. DDR RAM aga kasutab töötamiseks nii impulsi tõusvat kui ka langevat serva. Kella generaator, näiteks kvartsist piesoelektriline ostsillaator, genereerib impulsi. Neid impulsse muudetakse tavaliselt kordaja abil, et need vastaksid täpselt soovitud taktsagedusele.