Kaj je urni utrip?

V računalniku je večina komponent sinhronizirana z uro. Ni pa nujno, da je vse sinhronizirano z isto uro. CPE, na primer, lahko deluje neverjetno hitro, z vrhunskimi modeli, ki se približajo dosegu 6 milijard ciklov na sekundo. Večina drugih komponent se ne more kosati s to neverjetno hitrostjo. Ura točno kaže, kdaj naj bi komponenta delovala. Natančna funkcionalnost je seveda odvisna od komponente. Toda osnovni koncept je enak, trajno sinhroniziran s tiktakanjem ure.

V računalniku so skoraj vse ure signalizirane s kvadratnim valom. Urni impulz je "vrh" pravokotnega vala. Zanimivo je, da nič ne uporablja tega vrha kot sprožilca za karkoli. Tudi ura, ki tiktaka 6 milijard-krat na sekundo, preživi dovolj časa na vrhuncu in dnu, da bi imel natančen čas dovolj variacije, da bi povzročil težave. Namesto tega večina naprav deluje posebej na naraščajočem robu impulza ure, ko se aktivira.

RAM je zanimiva izjema. Morda veste, da se generacije RAM-a trenutno imenujejo »DDR X«. Ta izraz DDR je pomemben. To pomeni "dvojna hitrost prenosa podatkov". Medtem ko standardne naprave delujejo le na naraščajočem robu taktnega impulza, DDR RAM deluje tako na naraščajočem kot padajočem robu taktnega impulza. To podvoji njegovo pasovno širino v primerjavi z isto tehnologijo z uporabo enotne podatkovne hitrosti. Ker je pasovna širina ključni del zmogljivosti RAM-a, je ta tehnologija DDR zdaj univerzalna v RAM-u.

Kako deluje pulz ure?

Urni generator ustvari taktni impulz. To je običajno skrbno oblikovan kremenčev kristal, po katerem teče električni tok. Ena od njegovih notranjih lastnosti je, da ustvarja popolnoma pravilen impulz električne energije. Medtem ko je kristale mogoče uglasiti na razpon frekvenc, se običajno uporabljata samo dva in potem je samo eden od teh prevladujoč. Večina taktov tiktaka pri 100 MHz ali 100 milijonih ciklov na sekundo. Nekateri računalniki imajo drugo uro, ki deluje na frekvenci 125MHz.

Morda boste opazili, da je to izjemno nižje od 6 GHz, ki ga lahko v optimalnih pogojih dosežejo sodobni procesorji. Namesto da naredite eno uro za nadzor hitrosti procesorja in jo nato zaklenete na točno to frekvenco, se frekvenca procesorja in drugih naprav nastavi prek množitelja. Množitelj pomnoži število impulzov na sekundo. Ena od ključnih prednosti tega je, da je množitelj mogoče prilagoditi. Ta prilagoditev se lahko izvede sproti, kar omogoča natančen nadzor zmogljivosti na podlagi toplotne višine, moči in obremenitve.

Oblikovalske omejitve pri delu s taktnimi impulzi

Sinhronizacija z urami bistveno poveča zmogljivost RAM-a in koristi večini komponent računalnika. Vendar ima nekaj nenavadnih omejitev. Medtem ko je pospešil RAM, šola mišljenja nakazuje, da je upočasnila procesorje.

Ura CPE mora biti omejena na konzervativno oceno najslabšega možnega delovanja najpočasnejše funkcije CPE. Na ta način lahko zagotovite, da se vse konča v enem ciklu ure in da vam nekatere stvari ne izginjajo in ustvarjajo nenamerne konfiguracije. To pomeni, da bi lahko CPE, ki ni vezan na uro in lahko dokonča operacije tako hitro, kot želi, in se nato takoj premakne na naslednjo, teoretično lahko deloval veliko hitreje.

Težava pri tem je logika. Ker ni nujno, da se stvari zaključijo po predvidljivem urniku, morate dodati veliko dodatnih vezij za preverjanje. Poleg tega, ker ta koncept arhitekture ni naklonjen, ne obstaja programska oprema za načrtovanje CPE z vsemi funkcijami za oblikovanje asinhronih CPE. Zaradi tega je težko preveriti, ali bi koncept zagotovil splošno povečanje zmogljivosti.

Elektroni so počasni

Čeprav se vam morda zdi, da je posredovanje signala ure procesorju razmeroma preprosto, v veliki meri ni. Sodobni procesorji so precej veliki in zelo zapleteni; to pomeni, da je lahko čas širjenja električnega signala z ene strani na drugo pomemben, vsaj v primerjavi z eno šestimi milijardami sekunde. Signal ure je v CPE vnesen na številnih mestih, da se zagotovi popolna sinhronizacija celotne CPE.

Ker postajajo procesorji večji in je gostota funkcij večja, je potrebnih več vezij za zagotavljanje natančnega takta. Nadalje, ko se je "vozlišče" procesorjev zmanjšalo, se je upor na manjših žicah povečal. To pomeni, da moč, ki je potrebna za odčitavanje ure na sodobnih procesorjih, predstavlja razumen delež celotne porabe energije.

Ker poraba energije neposredno vpliva na proizvodnjo toplote, ima dvodelni vpliv na delovanje procesorja, oba negativna. To je dodaten argument za asinhrone procesorje. Ker nimajo ure, jim primanjkuje porabe energije in proizvodnje toplote, kar pušča več prostora za toploto in moč za dejansko delovanje, kar dodatno pomaga nadomestiti potrebno povečanje kompleksnosti.

Zaključek

Urni impulz je vrh pravokotnega signala ure, ki se uporablja za računalniško sinhronizacijo. Večina komponent posebej za delovanje uporablja naraščajoči rob tega impulza. DDR RAM pa za delovanje uporablja tako naraščajoči kot padajoči rob impulza. Urni generator, kot je kvarčni piezoelektrični oscilator, ustvari impulz. Te impulze nato tipično spremeni množitelj, da se natančno ujemajo z želeno hitrostjo ure.