클록 펄스란 무엇입니까?

컴퓨터에서 대부분의 구성 요소는 시계와 동기화됩니다. 그러나 모든 것이 반드시 동일한 시계와 동기화되는 것은 아닙니다. 예를 들어 CPU는 초당 60억 사이클에 가까운 고급 모델을 사용하여 매우 빠르게 실행될 수 있습니다. 대부분의 다른 구성 요소는 이 놀라운 속도에 필적할 수 없습니다. 시계는 구성 요소가 작동해야 할 때를 정확히 나타냅니다. 물론 정확한 기능은 구성 요소에 따라 다릅니다. 그러나 기본 개념은 동일하며 시계의 틱과 영구적으로 동기화됩니다.

컴퓨터에서 거의 모든 시계는 구형파로 신호를 받습니다. 클록 펄스는 구형파의 "피크"입니다. 흥미롭게도 그 피크를 트리거로 사용하는 것은 없습니다. 1초에 60억 번 똑딱거리는 시계도 최고점과 최저점에서 충분한 시간을 보내므로 정확한 타이밍이 문제를 일으킬 만큼 충분히 변동될 수 있습니다. 대신, 대부분의 장치는 클록 펄스가 활성화될 때 특히 클록 펄스의 상승 에지에서 작동합니다.

RAM은 흥미로운 예외입니다. 현재 RAM 세대를 "DDR X"라고 합니다. 이 DDR 용어는 중요합니다. "Double Data Rate"의 약자입니다. 표준 장치는 클록 펄스의 상승 에지에서만 작동하지만 DDR RAM은 클록 펄스의 상승 에지와 하강 에지 모두에서 작동합니다. 이는 단일 데이터 속도를 사용하는 동일한 기술에 비해 대역폭을 두 배로 늘립니다. 대역폭은 RAM 성능의 중요한 부분이므로 이 DDR 기술은 이제 RAM에서 보편적입니다.

클록 펄스는 어떻게 작동합니까?

클록 생성기는 클록 펄스를 생성합니다. 이것은 일반적으로 전류가 통과하는 세심하게 형성된 수정입니다. 본질적인 특성 중 하나는 완벽하게 규칙적인 전기 펄스를 생성한다는 것입니다. 크리스털은 다양한 주파수로 조정될 수 있지만 일반적으로 두 개만 사용되며 그 중 하나만 지배적입니다. 대부분의 클록은 100MHz 또는 초당 1억 사이클에서 작동합니다. 일부 컴퓨터에는 125MHz의 주파수에서 작동하는 두 번째 클록이 있습니다.

이것은 최신 CPU가 최적의 조건에서 얻을 수 있는 6GHz보다 현저하게 낮다는 것을 알 수 있습니다. CPU 속도를 제어하기 위해 하나의 클록을 만든 다음 정확한 주파수에 고정하는 대신 CPU 및 기타 장치의 주파수는 승수를 통해 설정됩니다. 승수는 초당 펄스 수를 곱합니다. 이것의 주요 이점 중 하나는 승수를 조정할 수 있다는 것입니다. 이 조정은 즉석에서 발생할 수 있으므로 열 헤드룸, 전력 헤드룸 및 부하를 기반으로 정밀한 성능 제어가 가능합니다.

클록 펄스 작업의 설계 제한

클럭과 동기화하면 RAM 성능이 크게 향상되고 대부분의 PC 구성 요소에 이점이 있습니다. 그러나 몇 가지 특이한 제한 사항이 있습니다. RAM 속도를 높이는 동안 CPU 속도를 늦추는 것으로 생각됩니다.

CPU 클록 속도는 CPU의 가장 느린 기능의 최악의 경우 성능에 대한 보수적인 추정치로 제한되어야 합니다. 이렇게 하면 모든 것이 한 클록 주기에서 완료되고 의도하지 않은 구성을 생성하는 일부 항목이 번지는 일이 없도록 보장할 수 있습니다. 즉, 클록에 구속되지 않고 원하는 만큼 빠르게 작업을 완료한 다음 즉시 다음 작업으로 이동할 수 있는 CPU는 이론적으로 훨씬 빠르게 작동할 수 있습니다.

이것의 문제는 논리입니다. 작업이 반드시 예측 가능한 일정대로 완료되는 것은 아니므로 추가 확인 회로를 많이 추가해야 합니다. 게다가 이 아키텍처 개념은 바람직하지 않기 때문에 비동기식 CPU를 설계하기 위한 모든 기능을 갖춘 CPU 설계 소프트웨어가 존재하지 않습니다. 이로 인해 개념이 전반적인 성능 향상을 제공하는지 확인하기가 어렵습니다.

전자는 느리다

CPU에 클록 신호를 제공하는 것이 상대적으로 간단하다고 생각할 수 있지만 그렇지 않습니다. 최신 CPU는 다소 크고 매우 복잡합니다. 이는 한 쪽에서 다른 쪽으로 전기 신호가 전파되는 시간이 적어도 160억분의 1초에 비해 상당할 수 있음을 의미합니다. 클록 신호는 전체 CPU가 완벽하게 동기화되도록 여러 곳에서 CPU에 도입됩니다.

CPU가 커지고 기능 밀도가 높아짐에 따라 정확한 클럭킹을 제공하려면 더 많은 회로가 필요합니다. 또한 CPU의 "노드"가 감소함에 따라 더 작은 와이어의 저항이 증가했습니다. 이는 최신 CPU에서 시계를 작동하는 데 필요한 전력이 전체 전력 소비량의 합리적인 비율을 차지한다는 것을 의미합니다.

전력 소모는 열 생산에 직접적인 영향을 미치므로 CPU 성능에 두 부분으로 부정적인 영향을 미칩니다. 이것은 비동기식 CPU에 대한 또 다른 주장입니다. 클록이 없으면 이러한 전력 소비 및 열 생산이 부족하여 실제 성능을 위한 더 많은 열 및 전력 헤드룸을 남겨두고 필요한 복잡성 증가를 보충하는 데 도움이 됩니다.

결론

클록 펄스는 컴퓨터 동기화에 사용되는 구형파 클록 신호의 피크입니다. 대부분의 구성 요소는 특히 해당 펄스의 상승 에지를 사용하여 작동합니다. 그러나 DDR RAM은 펄스의 상승 및 하강 에지를 모두 사용하여 작동합니다. 석영 압전 발진기와 같은 클록 생성기가 펄스를 생성합니다. 그런 다음 이러한 펄스는 일반적으로 승수에 의해 수정되어 원하는 클록 속도와 정확하게 일치합니다.