Que é un pulso de reloxo?

Nun ordenador, a maioría dos compoñentes están sincronizados cun reloxo. Non obstante, non todo está necesariamente sincronizado co mesmo reloxo. A CPU, por exemplo, pode funcionar incriblemente rápido, cos modelos de gama alta que se achegan a alcanzar os 6.000 millóns de ciclos por segundo. A maioría dos outros compoñentes non son capaces de igualar esta incrible velocidade. O reloxo indica exactamente cando se supón que debe funcionar un compoñente. A funcionalidade exacta, por suposto, depende do compoñente. Pero o concepto básico é o mesmo, permanentemente sincronizado co tic do reloxo.

Nun ordenador, case todos os reloxos están sinalizados cunha onda cadrada. Un pulso de reloxo é o "pico" da onda cadrada. Curiosamente, nada usa ese pico como detonante de nada. Incluso un reloxo que marca 6.000 millóns de veces por segundo pasa o tempo suficiente no pico e en mínimos para que o momento exacto tería suficiente variación para causar problemas. Pola contra, a maioría dos dispositivos operan especificamente no bordo ascendente do pulso do reloxo mentres se activa.

A memoria RAM é unha excepción interesante. Quizais saibas que as xeracións de RAM denomínanse actualmente "DDR X". Este termo DDR é significativo. Significa "Taxa de datos dobre". Mentres que os dispositivos estándar funcionan só no bordo ascendente do pulso do reloxo, a RAM DDR funciona tanto no bordo ascendente como no descendente do pulso do reloxo. Isto duplica o seu ancho de banda sobre a mesma tecnoloxía usando Single Data Rate. Como o ancho de banda é unha parte crítica do rendemento da memoria RAM, esta tecnoloxía DDR agora é universal na memoria RAM.

Como funciona o pulso do reloxo?

Un xerador de reloxo xera o pulso do reloxo. Este é normalmente un cristal de cuarzo coidadosamente formado cun paso de corrente eléctrica sobre el. Unha das súas propiedades intrínsecas é que xera un pulso de electricidade perfectamente regular. Aínda que os cristais poden sintonizarse a un rango de frecuencias, normalmente só se usan dous e só un deles é dominante. A maioría dos reloxos corren a 100 MHz ou 100 millóns de ciclos por segundo. Algúns ordenadores teñen un segundo reloxo que funciona a unha frecuencia de 125 MHz.

Podes notar que isto é notablemente inferior aos 6GHz que poden obter, en condicións óptimas, as CPU modernas. En lugar de facer un reloxo para controlar a velocidade da CPU e despois bloquealo a esa frecuencia exacta, a frecuencia dunha CPU e doutros dispositivos establécese mediante un multiplicador. O multiplicador multiplica cantos pulsos hai por segundo. Unha das principais vantaxes disto é que o multiplicador se pode axustar. Este axuste pode ocorrer sobre a marcha, o que permite un control preciso do rendemento baseado no espazo térmico, o espazo de potencia e a carga.

Limitacións de deseño ao traballar con pulsos de reloxo

A sincronización cos reloxos aumenta significativamente o rendemento da RAM e beneficia á maioría dos compoñentes do PC. Non obstante, ten algunhas limitacións pouco habituais. Aínda que acelerou a RAM, unha escola de pensamento suxire que ralentiza as CPU.

A frecuencia de reloxo da CPU ten que limitarse a unha estimación conservadora do rendemento no peor dos casos da función máis lenta dunha CPU. Deste xeito, podes garantir que todo se completa nun ciclo de reloxo e non tes cousas que se desangran, creando configuracións non desexadas. Isto significa que unha CPU desvinculada por un reloxo, capaz de completar as operacións tan rápido como quere e despois poder pasar á seguinte inmediatamente, podería funcionar en teoría moito máis rápido.

O problema con isto é a lóxica. Como as cousas non necesariamente se completan nun horario previsible, debes engadir moitos circuítos de verificación adicionais. Ademais, como este concepto de arquitectura está desfavorecido, non existe ningún software de deseño de CPU completo para deseñar CPU asíncronas. Isto dificulta verificar se o concepto proporcionaría un aumento do rendemento global.

Os electróns son lentos

Aínda que poida pensar que proporcionar un sinal de reloxo a unha CPU é relativamente sinxelo, non o é. As CPU modernas son bastante grandes e profundamente intrincadas; isto significa que o tempo de propagación dun sinal eléctrico dun lado ao outro pode ser significativo, polo menos en comparación con seis mil millonésimas de segundo. O sinal do reloxo introdúcese na CPU en moitos lugares para garantir que toda a CPU estea perfectamente sincronizada.

A medida que as CPU se fan máis grandes e a densidade de características máis alta, requírese máis circuítos para proporcionar un reloxo preciso. Ademais, a medida que o "nodo" das CPU diminuíu, a resistencia dos fíos máis pequenos aumentou. Isto significa que a potencia necesaria para marcar o reloxo das CPU modernas supón unha proporción razoable do consumo total de enerxía.

Como o consumo de enerxía afecta directamente a produción de calor, ten un impacto en dúas partes no rendemento da CPU, ambos negativos. Este é un argumento máis para as CPU asíncronas. A falta de reloxo, carecen deste consumo de enerxía e produción de calor, deixando máis marxe térmica e de potencia para o rendemento real, o que axuda a compensar o necesario aumento da complexidade.

Conclusión

Un pulso de reloxo é o pico dun sinal de reloxo de onda cadrada usado para a sincronización do ordenador. A maioría dos compoñentes usan especificamente o bordo ascendente dese pulso para operar. A memoria RAM DDR, con todo, usa tanto o bordo ascendente como o descendente do pulso para funcionar. Un xerador de reloxo, como un oscilador piezoeléctrico de cuarzo, xera o pulso. Estes pulsos son entón normalmente modificados por un multiplicador para coincidir con precisión coa velocidade de reloxo desexada.