Kas yra laikrodžio impulsas?

Kompiuteryje dauguma komponentų yra sinchronizuojami su laikrodžiu. Tačiau nebūtinai viskas sinchronizuojama su tuo pačiu laikrodžiu. Pavyzdžiui, CPU gali veikti neįtikėtinai greitai, o aukščiausios klasės modeliai pasiekia beveik 6 milijardus ciklų per sekundę. Daugelis kitų komponentų negali prilygti šiam neįtikėtinam greičiui. Laikrodis tiksliai rodo, kada komponentas turi veikti. Tikslus funkcionalumas, žinoma, priklauso nuo komponento. Tačiau pagrindinė koncepcija yra ta pati, nuolat sinchronizuota su laikrodžio tiksėjimu.

Kompiuteryje beveik visi laikrodžiai signalizuojami kvadratine banga. Laikrodžio impulsas yra kvadratinės bangos „smailė“. Įdomu tai, kad niekas nenaudoja tos smailės kaip ko nors paleidimo. Netgi 6 milijardus kartų per sekundę tiksiantis laikrodis praleidžia pakankamai laiko piko ir žemiausio lygio, kad tikslus laikas pakaktų svyruoti, kad sukeltų problemų. Vietoj to, dauguma prietaisų veikia specialiai kylančiame laikrodžio impulso krašte, kai jis aktyvuojamas.

RAM yra įdomi išimtis. Galbūt žinote, kad RAM kartos šiuo metu vadinamos „DDR X“. Šis DDR terminas yra reikšmingas. Tai reiškia „dvigubo duomenų perdavimo spartą“. Standartiniai įrenginiai veikia tik kylančioje laikrodžio impulso briaunoje, o DDR RAM veikia tiek kylančiame, tiek mažėjančiame laikrodžio impulso krašte. Tai dvigubai padidina pralaidumą, palyginti su ta pačia technologija, naudojant vieną duomenų perdavimo spartą. Kadangi pralaidumas yra svarbi RAM veikimo dalis, ši DDR technologija dabar yra universali RAM.

Kaip veikia laikrodžio impulsas?

Laikrodžio generatorius generuoja laikrodžio impulsą. Paprastai tai yra kruopščiai suformuotas kvarco kristalas, per kurį teka elektros srovė. Viena iš jo būdingų savybių yra ta, kad jis generuoja visiškai reguliarų elektros impulsą. Nors kristalai gali būti suderinti su įvairiais dažniais, paprastai naudojami tik du, o tada tik vienas iš jų yra dominuojantis. Dauguma laikrodžių tiksi 100MHz arba 100 milijonų ciklų per sekundę. Kai kuriuose kompiuteriuose yra antrasis laikrodis, veikiantis 125 MHz dažniu.

Galite pastebėti, kad tai yra žymiai mažesnis nei 6 GHz dažnis, kurį optimaliomis sąlygomis gali gauti šiuolaikiniai procesoriai. CPU ir kitų įrenginių dažnis nustatomas naudojant daugiklį, o ne vieną laikrodį, skirtą procesoriaus greičiui valdyti, o tada jį užrakinti iki tikslaus dažnio. Daugiklis padaugina impulsų skaičių per sekundę. Vienas iš pagrindinių privalumų yra tai, kad daugiklį galima reguliuoti. Šis koregavimas gali būti atliktas skrydžio metu, todėl galima tiksliai valdyti našumą, atsižvelgiant į šiluminį aukštį, galingumą ir apkrovą.

Dizaino apribojimai dirbant su laikrodžio impulsais

Sinchronizavimas su laikrodžiais žymiai padidina RAM našumą ir yra naudingas daugeliui kompiuterio komponentų. Tačiau jis turi keletą neįprastų apribojimų. Nors tai pagreitino RAM, minties mokykla rodo, kad tai sulėtino procesorių.

CPU laikrodžio dažnis turi būti apribotas iki konservatyvaus lėčiausios procesoriaus funkcijos blogiausio atvejo veikimo įvertinimo. Tokiu būdu galite garantuoti, kad viskas bus baigta per vieną laikrodžio ciklą ir kai kurie dalykai nepersikraujuoja, nesukuriant nenumatytų konfigūracijų. Tai reiškia, kad centrinis procesorius, nesusietas su laikrodžiu, galintis atlikti operacijas taip greitai, kaip nori, ir galintis nedelsiant pereiti prie kito, teoriškai galėtų veikti daug greičiau.

Problema čia yra logika. Kadangi viskas nebūtinai baigiasi pagal nuspėjamą grafiką, turite pridėti daug papildomų patvirtinimo schemų. Be to, kadangi ši architektūros koncepcija yra nepalanki, nėra visiškai aprūpintos procesoriaus projektavimo programinės įrangos, skirtos projektuoti asinchroninius procesorius. Dėl to sunku patikrinti, ar koncepcija padidins bendrą našumą.

Elektronai yra lėti

Nors galite manyti, kad laikrodžio signalo pateikimas procesoriui yra gana paprastas, taip nėra. Šiuolaikiniai procesoriai yra gana dideli ir labai sudėtingi; tai reiškia, kad elektros signalo sklidimo laikas iš vienos pusės į kitą gali būti reikšmingas, bent jau lyginant su viena šešia milijardąja sekundės dalimi. Laikrodžio signalas įvedamas į centrinį procesorių daugelyje vietų, siekiant užtikrinti, kad visas procesorius būtų tobulai sinchronizuotas.

Didėjant procesoriams ir didėjant funkcijų tankiui, reikia daugiau grandinių, kad būtų užtikrintas tikslus laikrodis. Be to, sumažėjus procesorių „mazgui“, padidėjo mažesnių laidų atsparumas. Tai reiškia, kad galia, reikalinga šiuolaikinių procesorių laikrodžiui tiksėti, sudaro pagrįstą bendros energijos suvartojimo dalį.

Kadangi energijos suvartojimas tiesiogiai veikia šilumos gamybą, jis turi dviejų dalių poveikį procesoriaus veikimui, abiem neigiamai. Tai yra dar vienas argumentas dėl asinchroninių procesorių. Trūkstant laikrodžio, jiems trūksta energijos suvartojimo ir šilumos gamybos, todėl paliekama daugiau šilumos ir galios vietos faktiniam veikimui, o tai dar labiau padeda kompensuoti būtiną sudėtingumo padidėjimą.

Išvada

Laikrodžio impulsas yra kvadratinės bangos laikrodžio signalo, naudojamo kompiuterio sinchronizavimui, pikas. Dauguma komponentų naudoja kylantį impulso kraštą, kad veiktų. Tačiau DDR RAM veikimui naudoja tiek kylantį, tiek mažėjantį impulso kraštą. Laikrodžio generatorius, pavyzdžiui, kvarcinis pjezoelektrinis generatorius, generuoja impulsą. Tada šie impulsai paprastai modifikuojami daugikliu, kad tiksliai atitiktų pageidaujamą laikrodžio greitį.