Was ist ein Taktzyklus?

Ein Taktzyklus, ein Taktsignal oder ein logischer Takt, wie sie früher genannt wurden, ist eine Art Metronom, das dabei hilft, Aktionen und Timings in einem Computer zu koordinieren. Ein Taktgenerator erzeugt ein Taktsignal. Im Gegensatz zu einer Standard-Wanduhr wird die Zeit nicht angezeigt. Stattdessen wechselt es kontinuierlich zwischen einem „High“- und einem „Low“-Zustand. Die tatsächliche Form der Uhr ist variabel – verschiedene Systeme verwenden unterschiedliche Typen, um das gleiche Ziel zu erreichen.

Die typischste Form eines Taktzyklus wäre eine Rechteckwelle mit einer festen, konstanten Frequenz. Die Uhr befindet sich immer in einem von zwei Zuständen – ansteigend in Richtung der Spitze oder fallend in Richtung der Talsohle. Schaltungen, die den Taktzyklus für ihr Timing und ihre Aktionen verwenden, werden an der entsprechenden steigenden oder fallenden Flanke des Signals aktiv.

Tipp : Die Ausnahme bilden Systeme mit doppelter Datenrate, wie z. B. DDR-RAM. Im Fall von Systemen mit doppelter Datenrate würden die Schaltungen sowohl an den ansteigenden als auch an den abfallenden Flanken des Zyklus aktiv werden.

Arten von Uhren

Es gibt verschiedene Arten von Uhren. Der einphasige Takt ist der gebräuchlichste Typ, der in Systemen verwendet wird, die auf Taktzyklen beruhen. Hier werden im Wesentlichen alle Taktsignale über eine einzige Ader übertragen. Natürlich gibt es Alternativen dazu.

Ein System, das das Taktsignal auf zwei Drähten mit nicht überlappenden Taktimpulsen sendet, wird als Zweiphasentakt bezeichnet. Die beiden Drähte werden als Phase eins bzw. zwei bezeichnet. Es ist immer garantiert, dass die beiden unterschiedlichen Phasen invers synchronisiert sind. Dies bietet zusätzliche Möglichkeiten für Schaltungen, ihr Timing von ihnen zu nehmen – und ermöglicht es Prozessoren tatsächlich, mit weniger Gattern auszukommen, was zu einem kleineren Gesamtdesign führt. Das Erstellen eines Prozessors mit diesem Aufbau ist komplexer und manchmal nicht so leistungsstark wie eine einphasige Uhr.

Die dritte Option für Uhren ist eine 4-Phasen-Uhr. Schon früh in der Prozessorentwicklung wurde Vierphasenlogik in integrierten Schaltkreisen gefunden. Diese Logik wies vier getrennte, nicht überlappende Taktsignale auf. Dies war komplizierter als Single-Clock-Schaltungen. Während sich frühe Mikroprozessoren von Texas Instruments und Western Digital darauf stützten, wurde es zugunsten der einfacheren einphasigen Taktzyklen eingestellt.

Takte für moderne CPUs

Die meisten modernen Mikroprozessoren verwenden einen niederfrequenten Takt anstelle eines hochfrequenten. Dieser Takt wird dann durch einen Multiplikator geleitet, um die Taktgeschwindigkeit an die geeignete Rate anzupassen, die der Prozessor benötigt. Dadurch kann der Computer die Uhr einstellen. Eine langsamere Taktrate ist energieeffizienter, während eine höhere Taktrate der CPU eine bessere Leistung ermöglicht.

Bei den meisten Geräten muss die Uhr nicht immer auf einer konstanten Geschwindigkeit bleiben. Die einzige Notwendigkeit ist, dass es jederzeit ein konstantes Intervall einhält. Viele Geräte haben eine variable Taktrate, die sich je nach Bedarf zwischen einem festgelegten Minimal- und Maximalpunkt bewegt.

Dies bedeutet, dass weniger Energie verbraucht wird, da das Gerät während Anforderungen mit geringer Verarbeitung im Leerlauf ist. Die Taktrate und der Stromverbrauch steigen nur an, wenn das Gerät ausgelastet ist. Dies kann beispielsweise passieren, wenn ein Gaming-PC ein Spiel startet und nicht nur mit geöffnetem Facebook im Leerlauf ist. Was denkst du über das Thema? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten mit.