Mikä on kellopulssi?

Tietokoneessa useimmat komponentit synkronoidaan kellon kanssa. Kaikki ei kuitenkaan välttämättä ole synkronoitu saman kellon kanssa. Esimerkiksi CPU voi toimia uskomattoman nopeasti, ja huippuluokan mallit saavuttavat lähes 6 miljardia sykliä sekunnissa. Useimmat muut komponentit eivät pysty vastaamaan tähän uskomattomaan nopeuteen. Kello näyttää tarkalleen, milloin komponentin on tarkoitus toimia. Tarkka toiminnallisuus riippuu tietysti komponentista. Mutta peruskonsepti on sama, pysyvästi synkronoituna kellon tikityksen kanssa.

Tietokoneessa lähes kaikki kellot ilmaistaan ​​neliöaaltolla. Kellopulssi on neliöaallon "huippu". Mielenkiintoista on, että mikään ei käytä tuota huippua laukaisimena millekään. Jopa kello, joka tikittää 6 miljardia kertaa sekunnissa, viettää tarpeeksi aikaa huipulla ja aallonpohjassa, jotta tarkka ajoitus vaihtelisi riittävästi aiheuttamaan ongelmia. Sen sijaan useimmat laitteet toimivat nimenomaan kellopulssin nousevalla reunalla sen aktivoituessa.

RAM on mielenkiintoinen poikkeus. Saatat tietää, että RAM-sukupolvesta käytetään tällä hetkellä nimitystä "DDR X". Tämä DDR-termi on merkittävä. Se tulee sanoista "Double Data Rate". Tavalliset laitteet toimivat vain kellopulssin nousevalla reunalla, kun taas DDR RAM toimii sekä kellopulssin nousevalla että laskevalla reunalla. Tämä kaksinkertaistaa sen kaistanleveyden samaan tekniikkaan verrattuna käyttämällä yhtä tiedonsiirtonopeutta. Koska kaistanleveys on kriittinen osa RAM-muistin suorituskykyä, tämä DDR-tekniikka on nyt universaali RAM-muistissa.

Kuinka kellopulssi toimii?

Kellogeneraattori generoi kellopulssin. Tämä on tyypillisesti huolellisesti muotoiltu kvartsikide, jonka yli kulkee sähkövirta. Yksi sen luontaisista ominaisuuksista on, että se tuottaa täysin säännöllisen sähköpulssin. Vaikka kiteet voidaan virittää useille taajuuksille, käytetään tyypillisesti vain kahta, ja sitten vain yksi niistä on hallitseva. Useimmat kellot tikittävät 100 MHz tai 100 miljoonaa jaksoa sekunnissa. Joissakin tietokoneissa on toinen kello, joka toimii 125 MHz:n taajuudella.

Saatat huomata, että tämä on huomattavasti alhaisempi kuin 6 GHz, joka voidaan saavuttaa optimaalisissa olosuhteissa nykyaikaisilla prosessoreilla. Sen sijaan, että tekisit yhden kellon ohjaamaan suorittimen nopeutta ja lukitsivat sen sitten tälle tarkalle taajuudelle, CPU:n ja muiden laitteiden taajuus asetetaan kertoimella. Kerroin kertoo kuinka monta pulssia on sekunnissa. Yksi tämän tärkeimmistä eduista on, että kerrointa voidaan säätää. Tämä säätö voi tapahtua lennossa, mikä mahdollistaa hienon suorituskyvyn ohjauksen lämpökorkeuden, tehonkorkeuden ja kuormituksen perusteella.

Kellopulssien käytön suunnittelun rajoitukset

Kellojen synkronointi lisää merkittävästi RAM-muistin suorituskykyä ja hyödyttää useimpia PC-komponentteja. Sillä on kuitenkin joitain epätavallisia rajoituksia. Vaikka se nopeutti RAM-muistia, ajatuskoulu viittaa siihen, että se hidasti suorittimia.

Prosessorin kellotaajuuden on oltava rajoitettu varovaiseen arvioon suorittimen hitaimman toiminnon huonoimmasta mahdollisesta suorituskyvystä. Tällä tavalla voit taata, että kaikki valmistuu yhdessä kellojaksossa, etkä joudu jotkin asiat vuotamaan yli aiheuttaen tahattomia kokoonpanoja. Tämä tarkoittaa, että kelloon sitoutumaton CPU, joka pystyy suorittamaan toiminnot niin nopeasti kuin haluaa ja voi sitten siirtyä välittömästi seuraavaan, voisi teoriassa toimia paljon nopeammin.

Ongelma tässä on logiikka. Koska asiat eivät välttämättä valmistu ennustettavassa aikataulussa, sinun on lisättävä paljon ylimääräisiä vahvistuspiirejä. Lisäksi, koska tämä arkkitehtuurikonsepti on epäsuotuisa, ei ole olemassa täysin varustettua suorittimen suunnitteluohjelmistoa asynkronisten suorittimien suunnitteluun. Tämän vuoksi on vaikeaa varmistaa, parantaako konsepti yleistä suorituskykyä.

Elektronit ovat hitaita

Vaikka saatat ajatella, että kellosignaalin antaminen suorittimelle on suhteellisen yksinkertaista, se ei ole kovinkaan suurta. Nykyaikaiset prosessorit ovat melko suuria ja syvästi monimutkaisia; tämä tarkoittaa, että sähköisen signaalin etenemisaika puolelta toiselle voi olla merkittävä, ainakin verrattuna yhteen kuuden miljardisosaan sekunnista. Kellosignaali tuodaan prosessoriin monissa paikoissa varmistaakseen, että koko CPU on täydellisesti synkronoitu.

Kun prosessorit kasvavat ja ominaisuuksien tiheys kasvaa, tarvitaan enemmän piirejä tarkan kellon aikaansaamiseksi. Lisäksi, kun prosessorien "solmu" on pienentynyt, pienempien johtojen vastus on kasvanut. Tämä tarkoittaa, että nykyaikaisten prosessorien kellon tikittämiseen tarvittava teho muodostaa kohtuullisen osan kokonaisvirrankulutuksesta.

Koska virrankulutus vaikuttaa suoraan lämmöntuotantoon, sillä on kaksiosainen vaikutus CPU:n suorituskykyyn, molemmat negatiiviset. Tämä on lisäargumentti asynkronisille suorittimille. Koska kelloa ei ole, niistä puuttuu tämä tehonotto ja lämmöntuotanto, mikä jättää enemmän lämpö- ja tehovaraa todelliselle suorituskyvylle, mikä entisestään auttaa kompensoimaan tarvittavan monimutkaisuuden lisääntymisen.

Johtopäätös

Kellopulssi on tietokoneen synkronointiin käytettävän neliöaaltokellosignaalin huippu. Useimmat komponentit käyttävät erityisesti pulssin nousevaa reunaa toimiakseen. DDR RAM kuitenkin käyttää sekä pulssin nousevaa että laskevaa reunaa toimiakseen. Kellogeneraattori, kuten kvartsipietsosähköinen oskillaattori, tuottaa pulssin. Näitä pulsseja muutetaan sitten tyypillisesti kertoimella vastaamaan tarkasti haluttua kellonopeutta.