Što je puls sata?

U računalu je većina komponenti sinkronizirana sa satom. Ipak, nije sve nužno sinkronizirano s istim satom. CPU, na primjer, može raditi nevjerojatno brzo, a vrhunski modeli dostižu 6 milijardi ciklusa u sekundi. Većina drugih komponenti ne može se mjeriti s ovom nevjerojatnom brzinom. Sat točno pokazuje kada neka komponenta treba raditi. Točna funkcionalnost, naravno, ovisi o komponenti. Ali osnovni koncept je isti, trajno sinkroniziran s otkucajima sata.

U računalu se gotovo svi satovi signaliziraju pravokutnim valom. Taktni puls je "vrhunac" kvadratnog vala. Zanimljivo, ništa ne koristi taj vrh kao okidač za bilo što. Čak i sat koji otkucava 6 milijardi puta u sekundi provede dovoljno vremena na vrhuncu i dnu da bi točno vrijeme imalo dovoljno varijacija da izazove probleme. Umjesto toga, većina uređaja radi posebno na uzlaznom rubu taktnog pulsa dok se aktivira.

RAM je zanimljiva iznimka. Možda znate da se generacije RAM-a trenutno nazivaju "DDR X". Ovaj DDR izraz je značajan. Skraćenica je za "dvostruku brzinu prijenosa podataka". Dok standardni uređaji rade samo na uzlaznom rubu takta, DDR RAM radi i na rastućem i padajućem rubu takta. Ovo udvostručuje njegovu propusnost u odnosu na istu tehnologiju koristeći Single Data Rate. Budući da je propusnost kritični dio performansi RAM-a, ova DDR tehnologija sada je univerzalna u RAM-u.

Kako radi puls sata?

Generator takta generira taktni impuls. To je obično pažljivo oblikovan kvarcni kristal preko kojeg prolazi električna struja. Jedno od njegovih intrinzičnih svojstava je da stvara savršeno pravilan puls električne energije. Iako se kristali mogu ugoditi na niz frekvencija, obično se koriste samo dvije, a tada je samo jedna od njih dominantna. Većina taktova otkucava 100MHz ili 100 milijuna ciklusa u sekundi. Neka računala imaju drugi sat koji radi na frekvenciji od 125MHz.

Možda ćete primijetiti da je to nevjerojatno niže od 6 GHz koje mogu postići, u optimalnim uvjetima, moderni CPU-i. Umjesto postavljanja jednog takta za kontrolu brzine CPU-a i zaključavanja na točnu frekvenciju, frekvencija CPU-a i drugih uređaja postavlja se putem množitelja. Multiplikator množi broj impulsa u sekundi. Jedna od ključnih prednosti ovoga je da se množitelj može prilagoditi. Ova se prilagodba može dogoditi u hodu, omogućujući finu kontrolu performansi na temelju toplinske visine, visine snage i opterećenja.

Ograničenja dizajna pri radu s taktnim impulsima

Sinkronizacija sa satovima značajno povećava performanse RAM-a i koristi većini komponenti računala. Ipak, ima neka neobična ograničenja. Iako je ubrzao RAM, škola mišljenja sugerira da je usporio CPU.

Radni takt CPU-a mora biti ograničen na konzervativnu procjenu najgoreg slučaja izvedbe najsporije funkcije CPU-a. Na taj način možete jamčiti da će sve biti dovršeno u jednom taktu i neće vam se dogoditi da neke stvari prokrve, stvarajući nenamjerne konfiguracije. To znači da bi CPU koji nije vezan satom, sposoban dovršavati operacije onoliko brzo koliko želi i zatim odmah prijeći na sljedeći, teoretski mogao raditi mnogo brže.

Problem s ovim je logika. Budući da se stvari ne moraju nužno završiti prema predvidljivom rasporedu, morate dodati puno dodatnih sklopova za provjeru. Nadalje, budući da je ovaj koncept arhitekture nepovoljan, ne postoji softver za projektiranje CPU-a s punim značajkama za dizajn asinkronih CPU-a. To otežava provjeru bi li koncept pružio ukupno povećanje performansi.

Elektroni su spori

Iako možda mislite da je davanje signala takta CPU-u relativno jednostavno, zapravo nije. Moderni CPU-i su prilično veliki i duboko zamršeni; to znači da vrijeme propagacije električnog signala s jedne strane na drugu može biti značajno, barem u usporedbi s jednim šest milijarditim dijelom sekunde. Signal takta uvodi se u CPU na mnogo mjesta kako bi se osiguralo da je cijeli CPU savršeno sinkroniziran.

Kako CPU postaju sve veći, a gustoća značajki veća, potrebno je više strujnih krugova da bi se osigurao točan takt. Nadalje, kako se "čvor" CPU-a smanjio, otpor na manjim žicama se povećao. To znači da snaga potrebna za otkucavanje sata na modernim CPU-ima čini razuman udio ukupne potrošnje energije.

Budući da potrošnja energije izravno utječe na proizvodnju topline, ima dvostruki utjecaj na performanse CPU-a, oba negativna. Ovo je dodatni argument za asinkrone procesore. Budući da nemaju sat, nedostaje im ovo povlačenje energije i proizvodnja topline, ostavljajući više prostora za toplinu i snagu za stvarnu izvedbu, što dodatno pomaže nadoknaditi potrebno povećanje složenosti.

Zaključak

Taktni impuls je vrh kvadratnog valnog taktnog signala koji se koristi za sinkronizaciju računala. Većina komponenti posebno koristi uzlazni rub tog pulsa za rad. DDR RAM, međutim, za rad koristi i rastući i silazni rub impulsa. Generator takta, kao što je kvarcni piezo-električni oscilator, generira puls. Ti se impulsi zatim obično modificiraju množiteljem kako bi točno odgovarali željenoj brzini takta.