Quest-ce quune impulsion dhorloge ?

Dans un ordinateur, la plupart des composants sont synchronisés avec une horloge. Cependant, tout n'est pas nécessairement synchronisé avec la même horloge. Le processeur, par exemple, peut fonctionner incroyablement vite, avec des modèles haut de gamme atteignant près de 6 milliards de cycles par seconde. La plupart des autres composants ne sont pas en mesure d'égaler cette vitesse incroyable. L'horloge indique exactement quand un composant est censé fonctionner. La fonctionnalité exacte, bien sûr, dépend du composant. Mais le concept de base est le même, synchronisé en permanence avec le tic-tac de l'horloge.

Dans un ordinateur, presque toutes les horloges sont signalées par une onde carrée. Une impulsion d'horloge est le "pic" de l'onde carrée. Fait intéressant, rien n'utilise ce pic comme déclencheur de quoi que ce soit. Même une horloge qui fait tic-tac 6 milliards de fois par seconde passe suffisamment de temps dans les pics et les creux pour que la synchronisation exacte ait suffisamment de variations pour causer des problèmes. Au lieu de cela, la plupart des appareils fonctionnent spécifiquement sur le front montant de l'impulsion d'horloge lors de son activation.

La RAM est une exception intéressante. Vous savez peut-être que les générations de RAM sont actuellement appelées "DDR X". Ce terme DDR est significatif. Cela signifie "Double débit de données". Alors que les dispositifs standard fonctionnent uniquement sur le front montant de l'impulsion d'horloge, la RAM DDR fonctionne à la fois sur le front montant et descendant de l'impulsion d'horloge. Cela double sa bande passante par rapport à la même technologie en utilisant le débit de données unique. La bande passante étant un élément essentiel des performances de la RAM, cette technologie DDR est désormais universelle dans la RAM.

Comment fonctionne l'impulsion d'horloge ?

Un générateur d'horloge génère l'impulsion d'horloge. Il s'agit généralement d'un cristal de quartz soigneusement formé avec un courant électrique passé dessus. L'une de ses propriétés intrinsèques est qu'il génère une impulsion électrique parfaitement régulière. Alors que les cristaux peuvent être réglés sur une gamme de fréquences, généralement, seuls deux sont utilisés, et un seul d'entre eux est dominant. La plupart des horloges tournent à 100 MHz ou 100 millions de cycles par seconde. Certains ordinateurs disposent d'une deuxième horloge qui fonctionne à une fréquence de 125 MHz.

Vous remarquerez peut-être que cela est remarquablement inférieur aux 6 GHz que peuvent obtenir, dans des conditions optimales, les processeurs modernes. Plutôt que de créer une horloge pour contrôler la vitesse du processeur, puis de la verrouiller sur cette fréquence exacte, la fréquence d'un processeur et d'autres périphériques est définie via un multiplicateur. Le multiplicateur multiplie le nombre d'impulsions par seconde. L'un des principaux avantages de ceci est que le multiplicateur peut être ajusté. Cet ajustement peut se produire à la volée, permettant un contrôle précis des performances basé sur la marge thermique, la marge de puissance et la charge.

Limitations de conception liées à l'utilisation d'impulsions d'horloge

La synchronisation avec les horloges augmente considérablement les performances de la RAM et profite à la plupart des composants du PC. Il a cependant quelques limitations inhabituelles. Alors qu'il accélérait la RAM, une école de pensée suggère qu'il ralentissait les processeurs.

Une fréquence d'horloge de processeur doit être limitée à une estimation prudente des performances les plus défavorables de la fonction la plus lente d'un processeur. De cette façon, vous pouvez garantir que tout se termine en un cycle d'horloge et que certaines choses ne débordent pas, créant des configurations involontaires. Cela signifie qu'un processeur non lié par une horloge, capable d'effectuer des opérations aussi rapidement qu'il le souhaite, puis de passer immédiatement à la suivante, pourrait théoriquement fonctionner beaucoup plus rapidement.

Le problème avec ceci est la logique. Comme les choses ne se terminent pas nécessairement selon un calendrier prévisible, vous devez ajouter de nombreux circuits de vérification supplémentaires. De plus, comme ce concept d'architecture n'est pas privilégié, il n'existe aucun logiciel de conception de CPU complet pour concevoir des CPU asynchrones. Il est donc difficile de vérifier si le concept apporterait une amélioration globale des performances.

Les électrons sont lents

Bien que vous puissiez penser que fournir un signal d'horloge à un processeur est relativement simple, ce n'est vraiment pas le cas. Les processeurs modernes sont plutôt volumineux et profondément complexes ; cela signifie que le temps de propagation d'un signal électrique d'un côté à l'autre peut être important, au moins comparé à un six milliardième de seconde. Le signal d'horloge est introduit dans le CPU à de nombreux endroits pour garantir que l'ensemble du CPU est parfaitement synchronisé.

À mesure que les processeurs deviennent plus grands et que la densité des fonctionnalités augmente, davantage de circuits sont nécessaires pour fournir une synchronisation précise. De plus, à mesure que le "nœud" des processeurs a diminué, la résistance sur les fils plus petits a augmenté. Cela signifie que la puissance nécessaire pour faire tourner l'horloge sur les processeurs modernes représente une proportion raisonnable de la consommation électrique globale.

Comme la consommation d'énergie affecte directement la production de chaleur, elle a un impact en deux parties sur les performances du processeur, tous deux négatifs. C'est un argument supplémentaire pour les processeurs asynchrones. Sans horloge, ils manquent de cette consommation d'énergie et de cette production de chaleur, ce qui laisse plus de marge thermique et de puissance pour les performances réelles, contribuant ainsi à compenser l'augmentation nécessaire de la complexité.

Conclusion

Une impulsion d'horloge est la crête d'un signal d'horloge carré utilisé pour la synchronisation de l'ordinateur. La plupart des composants utilisent spécifiquement le front montant de cette impulsion pour fonctionner. Cependant, la RAM DDR utilise à la fois le front montant et le front descendant de l'impulsion pour fonctionner. Un générateur d'horloge, tel qu'un oscillateur piézoélectrique à quartz, génère l'impulsion. Ces impulsions sont ensuite généralement modifiées par un multiplicateur pour correspondre précisément à la vitesse d'horloge souhaitée.