Kas ir pulksteņa impulss?

Datorā lielākā daļa komponentu ir sinhronizēti ar pulksteni. Tomēr ne vienmēr viss ir sinhronizēts ar vienu un to pašu pulksteni. Piemēram, CPU var darboties neticami ātri, augstākās klases modeļiem sasniedzot gandrīz 6 miljardus ciklu sekundē. Lielākā daļa citu komponentu nespēj sasniegt šo neticamo ātrumu. Pulkstenis precīzi norāda, kad komponentam ir jādarbojas. Precīza funkcionalitāte, protams, ir atkarīga no komponenta. Bet pamatkoncepcija ir tāda pati, pastāvīgi sinhronizēta ar pulksteņa ķeksīti.

Datorā gandrīz visi pulksteņi tiek signalizēti ar kvadrātveida vilni. Pulksteņa impulss ir kvadrātviļņa “virsotne”. Interesanti, ka nekas neizmanto šo virsotni kā sprūda jebkam. Pat pulkstenis, kas tikšķ 6 miljardus reižu sekundē, pavada pietiekami daudz laika maksimumā un zemākajā punktā, lai precīzajam laikam būtu pietiekami daudz variāciju, lai radītu problēmas. Tā vietā lielākā daļa ierīču darbojas tieši uz pulksteņa impulsa pieaugošās malas, kad tas tiek aktivizēts.

RAM ir interesants izņēmums. Jūs, iespējams, zināt, ka RAM paaudzes pašlaik tiek sauktas par "DDR X". Šis DDR termins ir nozīmīgs. Tas nozīmē “Double Data Rate”. Kamēr standarta ierīces darbojas tikai pulksteņa impulsa augošajā malā, DDR RAM darbojas gan pulksteņa impulsa augošajā, gan krītošajā malā. Tas dubulto joslas platumu, izmantojot to pašu tehnoloģiju, izmantojot vienoto datu pārraides ātrumu. Tā kā joslas platums ir būtiska RAM veiktspējas daļa, šī DDR tehnoloģija tagad ir universāla RAM.

Kā darbojas pulksteņa impulss?

Pulksteņa ģenerators ģenerē pulksteņa impulsu. Parasti tas ir rūpīgi veidots kvarca kristāls ar elektrisko strāvu. Viena no tā raksturīgajām īpašībām ir tā, ka tas rada pilnīgi regulāru elektroenerģijas impulsu. Lai gan kristālus var noregulēt uz dažādu frekvenču diapazonu, parasti tiek izmantoti tikai divi, un tad dominējošais ir tikai viens no tiem. Lielākā daļa pulksteņu tikšķ ar 100 MHz vai 100 miljoniem ciklu sekundē. Dažiem datoriem ir otrs pulkstenis, kas darbojas ar 125 MHz frekvenci.

Jūs varat pamanīt, ka tas ir ievērojami zemāks par 6 GHz, ko optimālos apstākļos var iegūt mūsdienu CPU. CPU un citu ierīču frekvence tiek iestatīta, izmantojot reizinātāju, nevis izveidot vienu pulksteni, lai kontrolētu CPU ātrumu un pēc tam bloķētu to tieši šajā frekvencē. Reizinātājs reizina, cik impulsu ir sekundē. Viena no galvenajām priekšrocībām ir tā, ka reizinātāju var pielāgot. Šī pielāgošana var notikt lidojuma laikā, ļaujot precīzi kontrolēt veiktspēju, pamatojoties uz termisko augstumu, jaudas augstumu un slodzi.

Dizaina ierobežojumi darbam ar pulksteņa impulsiem

Sinhronizācija ar pulksteņiem ievērojami palielina RAM veiktspēju un sniedz priekšrocības lielākajai daļai datora komponentu. Tomēr tam ir daži neparasti ierobežojumi. Lai gan tas paātrināja operatīvo atmiņu, domāšanas skola liecina, ka tas palēnināja CPU.

CPU takts frekvence ir jāierobežo līdz konservatīvai aplēsei CPU lēnākās funkcijas sliktākā gadījuma veiktspējai. Tādā veidā jūs varat garantēt, ka viss tiek pabeigts vienā pulksteņa ciklā un ka dažas lietas neizplūst, radot neparedzētas konfigurācijas. Tas nozīmē, ka ar pulksteni nesaistīts CPU, kas spēj pabeigt darbības tik ātri, cik vēlas un pēc tam var nekavējoties pāriet uz nākamo, teorētiski varētu darboties daudz ātrāk.

Problēma ar to ir loģikā. Tā kā lietas ne vienmēr tiek pabeigtas pēc paredzamā grafika, jums ir jāpievieno daudz papildu verifikācijas shēmu. Turklāt, tā kā šī arhitektūras koncepcija ir nelabvēlīga, nepastāv pilnībā aprīkota CPU projektēšanas programmatūra asinhrono CPU projektēšanai. Tādējādi ir grūti pārbaudīt, vai koncepcija nodrošinās vispārēju veiktspējas palielinājumu.

Elektroni ir lēni

Lai gan jūs domājat, ka pulksteņa signāla nodrošināšana CPU ir salīdzinoši vienkārša, tā nav. Mūsdienu CPU ir diezgan lieli un dziļi sarežģīti; tas nozīmē, ka elektriskā signāla izplatīšanās laiks no vienas puses uz otru var būt nozīmīgs, vismaz salīdzinot ar vienu sekundes sešmiljardo daļu. Pulksteņa signāls tiek ievadīts CPU daudzās vietās, lai nodrošinātu, ka viss CPU ir ideāli sinhronizēts.

Tā kā CPU kļūst lielāki un funkciju blīvums ir lielāks, ir nepieciešams vairāk shēmu, lai nodrošinātu precīzu pulksteni. Turklāt, tā kā CPU “mezgls” ir samazinājies, ir palielinājusies mazāko vadu pretestība. Tas nozīmē, ka jauda, ​​kas nepieciešama, lai atzīmētu pulksteni mūsdienu CPU, veido saprātīgu daļu no kopējā jaudas patēriņa.

Tā kā enerģijas patēriņš tieši ietekmē siltuma ražošanu, tam ir divdaļīga ietekme uz CPU veiktspēju, abas negatīvas. Šis ir vēl viens arguments par asinhronajiem CPU. Tā kā tiem nav pulksteņa, tiem trūkst enerģijas patēriņa un siltuma ražošanas, atstājot vairāk siltuma un jaudas telpas faktiskajai veiktspējai, vēl vairāk palīdzot kompensēt nepieciešamo sarežģītības pieaugumu.

Secinājums

Pulksteņa impulss ir kvadrātviļņu pulksteņa signāla maksimums, ko izmanto datora sinhronizēšanai. Lielākā daļa komponentu darbībai īpaši izmanto šī impulsa augošo malu. Tomēr DDR RAM darbībai izmanto gan impulsa pieaugošo, gan krītošo malu. Pulksteņa ģenerators, piemēram, kvarca pjezoelektriskais oscilators, ģenerē impulsu. Pēc tam šos impulsus parasti modificē reizinātājs, lai precīzi atbilstu vēlamajam pulksteņa ātrumam.