Hvað er klukkupúls?

Í tölvu eru flestir íhlutir samstilltir við klukku. Ekki er þó allt endilega samstillt við sömu klukkuna. Örgjörvinn getur til dæmis keyrt ótrúlega hratt þar sem hágæða gerðir eru nálægt því að ná 6 milljörðum lotum á sekúndu. Flestir aðrir íhlutir eru ekki færir um að passa við þennan ótrúlega hraða. Klukkan gefur til kynna nákvæmlega hvenær íhlutur á að virka. Nákvæm virkni fer auðvitað eftir íhlutnum. En grunnhugtakið er það sama, varanlega samstillt við tikk klukkunnar.

Í tölvu eru næstum allar klukkur merktar með ferhyrningsbylgju. Klukkupúls er „toppur“ ferhyrningsbylgjunnar. Athyglisvert er að ekkert notar þann topp sem kveikjuna að neinu. Jafnvel klukka sem tifar 6 milljarða sinnum á sekúndu eyðir nægum tíma í hámarki og lægri tíma til að nákvæm tímasetning myndi hafa næga breytileika til að valda vandræðum. Þess í stað starfa flest tæki sérstaklega á hækkandi brún klukkupúlsins þegar hann virkjar.

RAM er áhugaverð undantekning. Þú gætir vitað að vinnsluminni kynslóðir eru nú nefndar "DDR X." Þetta DDR hugtak er merkilegt. Það stendur fyrir „Double Data Rate“. Þó staðlað tæki virki aðeins á hækkandi brún klukkupúlsins, virkar DDR vinnsluminni á bæði hækkandi og lækkandi brún klukkupúlsins. Þetta tvöfaldar bandbreidd sína yfir sömu tækni með því að nota Single Data Rate. Þar sem bandbreidd er mikilvægur hluti af frammistöðu vinnsluminni er þessi DDR tækni nú alhliða í vinnsluminni.

Hvernig virkar klukkupúlsinn?

Klukku rafall framleiðir klukkupúlsinn. Þetta er venjulega vandlega lagaður kvarskristall með rafstraumi sem fer yfir hann. Einn af eiginleikum þess er að hann framleiðir fullkomlega reglulegan rafmagnspúls. Þó að hægt sé að stilla kristalla á margs konar tíðni, eru venjulega aðeins tveir notaðir og þá er aðeins einn þeirra ríkjandi. Flestar klukkur ganga á 100MHz eða 100 milljón lotum á sekúndu. Sumar tölvur eru með aðra klukku sem virkar á 125MHz tíðni.

Þú gætir tekið eftir því að þetta er ótrúlega lægra en 6GHz sem hægt er að fá, við bestu aðstæður, með nútíma örgjörvum. Frekar en að búa til eina klukku til að stjórna örgjörvahraðanum og læsa hana síðan á nákvæmlega þá tíðni, er tíðni örgjörva og annarra tækja stillt með margfaldara. Margfaldarinn margfaldar hversu margir púlsar eru á sekúndu. Einn af helstu kostum þessa er að hægt er að stilla margfaldarann. Þessi aðlögun getur gerst á flugi, sem gerir kleift að stjórna afkastamikilli afköstum byggða á hitaupphæð, aflloftrými og álagi.

Hönnunartakmarkanir frá því að vinna með klukkupúlsum

Samstilling við klukkur eykur verulega vinnsluminni og kemur flestum tölvuhlutum til góða. Það hefur þó nokkrar óvenjulegar takmarkanir. Þó að það hafi hraðað vinnsluminni, bendir skóli á að það hafi hægt á örgjörva.

Klukkuhraði örgjörva verður að takmarkast við varlega mat á afköstum í versta falli hægustu virkni örgjörva. Þannig geturðu ábyrgst að allt klárist á einni klukkulotu og þú sért ekki með suma hluti sem blæða yfir og búa til óviljandi stillingar. Þetta þýðir að örgjörvi óbundinn af klukku, sem getur klárað aðgerðir eins hratt og hann vill og getur síðan farið strax yfir í þá næstu, gæti fræðilega starfað mun hraðar.

Vandamálið við þetta er rökfræðin. Þar sem hlutirnir klárast ekki endilega samkvæmt fyrirsjáanlegri áætlun, verður þú að bæta við mörgum auka staðfestingarrásum. Ennfremur, þar sem þetta arkitektúrhugtak er óhagstætt, er enginn fullbúinn CPU hönnunarhugbúnaður til til að hanna ósamstillta örgjörva. Þetta gerir það að verkum að erfitt er að sannreyna hvort hugmyndin myndi veita heildarframmistöðuaukningu.

Rafeindir eru hægar

Þó að þú gætir haldið að það sé tiltölulega einfalt að veita örgjörva klukkumerki, þá er það mjög ekki. Nútíma örgjörvar eru frekar stórir og mjög flóknir; þetta þýðir að útbreiðslutími rafmerkis frá einni hlið til hinnar getur verið umtalsverður, að minnsta kosti miðað við einn sex milljarðasta úr sekúndu. Klukkumerkið er komið fyrir örgjörva á mörgum stöðum til að tryggja að allur örgjörvinn sé fullkomlega samstilltur.

Eftir því sem örgjörvar verða stærri og þéttleiki meiri, þarf fleiri rafrásir til að veita nákvæma klukku. Ennfremur, þar sem „hnútur“ örgjörva hefur minnkað, hefur viðnám á smærri vírunum aukist. Þetta þýðir að krafturinn sem þarf til að merkja klukkuna á nútíma örgjörvum er hæfilegt hlutfall af heildarafli.

Þar sem orkunotkunin hefur bein áhrif á hitaframleiðslu hefur það tvíþætt áhrif á afköst CPU, bæði neikvæð. Þetta er frekari rök fyrir ósamstilltum örgjörva. Þar sem þeir skortir klukku, þá skortir þá þessa orkunotkun og hitaframleiðslu, sem skilur eftir meira hita- og aflrými fyrir raunverulegan árangur, sem hjálpar enn frekar til að bæta upp nauðsynlega aukningu á flækjustiginu.

Niðurstaða

Klukkupúls er hámark ferhyrningsbylgjuklukkumerkis sem notað er við tölvusamstillingu. Flestir íhlutir nota sérstaklega hækkandi brún þess púls til að starfa. DDR vinnsluminni notar hins vegar bæði hækkandi og lækkandi brún púlsins til að starfa. Klukku rafall, eins og kvars piezo-rafmagns oscillator, býr til púlsinn. Þessum púlsum er síðan venjulega breytt með margfaldara til að passa nákvæmlega við æskilegan klukkuhraða.