Mi az óraimpulzus?

A számítógépben a legtöbb komponens szinkronizálva van egy órával. Nem feltétlenül minden van szinkronban ugyanazzal az órával. A CPU például hihetetlenül gyorsan tud futni, a csúcskategóriás modellek pedig közel érik a másodpercenkénti 6 milliárd ciklust. A legtöbb más alkatrész nem képes megfelelni ennek a hihetetlen sebességnek. Az óra pontosan jelzi, hogy egy komponensnek mikor kell működnie. A pontos funkcionalitás természetesen az alkatrésztől függ. De az alapkoncepció ugyanaz, állandóan az óra ketyegésével szinkronizálva.

A számítógépben szinte minden óra négyszöghullámmal van jelezve. Az óraimpulzus a négyszöghullám „csúcsa”. Érdekes módon ezt a csúcsot semmi sem használja kiváltó okként. Még a másodpercenként hatmilliárdszor ketyegő óra is elegendő időt tölt a csúcson és a mélyponton ahhoz, hogy a pontos időzítés elegendő eltérést okozzon ahhoz, hogy problémákat okozzon. Ehelyett a legtöbb eszköz kifejezetten az óraimpulzus felfutó élén működik, amikor az aktiválódik.

Érdekes kivétel a RAM. Talán tudja, hogy a RAM-generációkat jelenleg „DDR X”-nek nevezik. Ez a DDR kifejezés jelentős. Ez a „Double Data Rate” rövidítése. Míg a szabványos eszközök csak az óraimpulzus felfutó élén működnek, addig a DDR RAM az óraimpulzus felfutó és lefutó élén egyaránt. Ez megduplázza a sávszélességet ugyanazon a technológián keresztül az egységes adatsebességgel. Mivel a sávszélesség kritikus része a RAM teljesítményének, ez a DDR technológia már univerzális a RAM-ban.

Hogyan működik az óra impulzus?

Egy óragenerátor generálja az óraimpulzust. Ez tipikusan egy gondosan megformázott kvarckristály, amelyen elektromos áram folyik át. Egyik belső tulajdonsága, hogy tökéletesen szabályos elektromos impulzust generál. Míg a kristályokat több frekvenciatartományra lehet hangolni, általában csak kettőt használnak, és ezek közül csak az egyik a domináns. A legtöbb óra 100 MHz-en vagy 100 millió ciklusonként ketyeg. Egyes számítógépeken van egy második óra, amely 125 MHz-es frekvencián működik.

Észreveheti, hogy ez feltűnően alacsonyabb, mint a modern CPU-k által optimális körülmények között elérhető 6 GHz. Ahelyett, hogy egyetlen órajelet állítana be a CPU sebességének szabályozására, majd azt a pontos frekvenciára rögzíti, a CPU és más eszközök frekvenciáját egy szorzó segítségével állítják be. A szorzó megszorozza, hány impulzus van másodpercenként. Ennek egyik legfontosabb előnye, hogy a szorzó állítható. Ez a beállítás menet közben is megtörténhet, lehetővé téve a finom teljesítményszabályozást a hőmagasság, a teljesítménymagasság és a terhelés alapján.

Tervezési korlátok az óraimpulzusokkal való munka során

Az órákkal való szinkronizálás jelentősen növeli a RAM teljesítményét, és a legtöbb PC-összetevő számára előnyös. Ennek azonban vannak szokatlan korlátai. Bár felgyorsította a RAM-ot, egy iskola azt sugallja, hogy lelassítja a CPU-kat.

A CPU órajelét a CPU leglassabb funkciójának legrosszabb esetére vonatkozó konzervatív becslésre kell korlátozni. Így garantálhatja, hogy minden egy órajel-ciklus alatt elkészül, és ne vesszen el néhány dolog, ami nem kívánt konfigurációkat hoz létre. Ez azt jelenti, hogy az órajelhez nem kötött CPU, amely képes olyan gyorsan végrehajtani a műveleteket, amennyit csak akar, majd azonnal át tud lépni a következőre, elméletileg sokkal gyorsabban működhet.

A probléma ezzel a logikával van. Mivel a dolgok nem feltétlenül előrelátható ütemterv szerint fejeződnek be, sok további ellenőrző áramkört kell hozzáadnia. Továbbá, mivel ez az architektúra koncepció nem előnyben részesített, nem létezik teljes körű CPU-tervező szoftver az aszinkron CPU-k tervezésére. Ez megnehezíti annak ellenőrzését, hogy a koncepció általános teljesítménynövekedést biztosít-e.

Az elektronok lassúak

Bár azt gondolhatja, hogy a CPU órajelének biztosítása viszonylag egyszerű, nagyon nem az. A modern CPU-k meglehetősen nagyok és mélyen bonyolultak; ez azt jelenti, hogy az elektromos jel egyik oldalról a másikra terjedési ideje jelentős lehet, legalábbis egy hatmilliárd másodperchez képest. Az órajelet sok helyen bevezetik a CPU-ba, hogy biztosítsák a teljes CPU tökéletes szinkronizálását.

Ahogy a CPU-k egyre nagyobbak és a funkciók sűrűsége nő, több áramkörre van szükség a pontos órajel biztosításához. Továbbá, ahogy a CPU-k „csomópontja” csökkent, a kisebb vezetékek ellenállása nőtt. Ez azt jelenti, hogy a modern CPU-k órajelének ketyegéséhez szükséges teljesítmény a teljes áramfelvétel ésszerű hányadát teszi ki.

Mivel az áramfelvétel közvetlenül befolyásolja a hőtermelést, két részből áll a CPU teljesítményére, mindkettő negatív. Ez egy további érv az aszinkron CPU-k mellett. Óra hiányában hiányzik belőlük ez az áramfelvétel és a hőtermelés, így több hő- és teljesítménymagasság marad a tényleges teljesítményhez, ami tovább segíti a szükséges bonyolultságnövekedés pótlását.

Következtetés

Az óraimpulzus a számítógépes szinkronizáláshoz használt négyszöghullámú órajel csúcsa. A legtöbb alkatrész kifejezetten az impulzus felfutó élét használja a működéshez. A DDR RAM azonban az impulzus felfutó és lefutó élét egyaránt használja a működéshez. Egy óragenerátor, például egy kvarc piezoelektromos oszcillátor generálja az impulzust. Ezeket az impulzusokat azután általában egy szorzó módosítja, hogy pontosan illeszkedjenek a kívánt órajelhez.