Ce este un puls de ceas?

Într-un computer, majoritatea componentelor sunt sincronizate cu un ceas. Totuși, nu totul este neapărat sincronizat cu același ceas. CPU-ul, de exemplu, poate rula incredibil de rapid, modelele de ultimă generație ajungând aproape de a ajunge la 6 miliarde de cicluri pe secundă. Majoritatea celorlalte componente nu sunt capabile să se potrivească cu această viteză incredibilă. Ceasul indică exact când trebuie să funcționeze o componentă. Funcționalitatea exactă, desigur, depinde de componentă. Dar conceptul de bază este același, permanent sincronizat cu ticăitul ceasului.

Într-un computer, aproape toate ceasurile sunt semnalizate cu o undă pătrată. Un impuls de ceas este „vârful” undei pătrate. Interesant, nimic nu folosește acel vârf ca declanșator pentru ceva. Chiar și un ceas care ticăie de 6 miliarde de ori pe secundă petrece suficient timp în vârf și în jos, încât momentul exact ar avea destule variații pentru a cauza probleme. În schimb, majoritatea dispozitivelor funcționează în mod specific pe marginea ascendentă a pulsului ceasului pe măsură ce acesta se activează.

RAM este o excepție interesantă. Poate știți că generațiile de RAM sunt denumite în prezent „DDR X”. Acest termen DDR este semnificativ. Aceasta înseamnă „Rată de date dublă”. În timp ce dispozitivele standard funcționează numai pe marginea ascendentă a pulsului de ceas, RAM DDR operează atât pe frontul ascendent, cât și pe cel descendent al pulsului de ceas. Acest lucru își dublează lățimea de bandă față de aceeași tehnologie folosind Single Data Rate. Deoarece lățimea de bandă este o parte critică a performanței RAM, această tehnologie DDR este acum universală în RAM.

Cum funcționează pulsul ceasului?

Un generator de ceas generează impulsul de ceas. Acesta este de obicei un cristal de cuarț cu formă atentă, cu un curent electric trecut peste el. Una dintre proprietățile sale intrinseci este că generează un puls de electricitate perfect regulat. În timp ce cristalele pot fi reglate pe o gamă de frecvențe, în mod obișnuit, sunt folosite doar două, iar apoi doar una dintre acestea este dominantă. Majoritatea ceasurilor bifează la 100 MHz sau 100 de milioane de cicluri pe secundă. Unele computere au un al doilea ceas care funcționează la o frecvență de 125 MHz.

S-ar putea să observați că aceasta este remarcabil mai mică decât cea de 6GHz care poate fi obținută, în condiții optime, de procesoarele moderne. În loc să faceți un singur ceas pentru a controla viteza procesorului și apoi să o blocați la acea frecvență exactă, frecvența unui procesor și a altor dispozitive este setată printr-un multiplicator. Multiplicatorul înmulțește câte impulsuri există pe secundă. Unul dintre avantajele cheie ale acestui lucru este că multiplicatorul poate fi ajustat. Această ajustare se poate face din mers, permițând un control fin al performanței bazat pe spațiul termic, spațiul de putere și sarcina.

Limitări de proiectare de la lucrul cu impulsuri de ceas

Sincronizarea la ceasuri crește semnificativ performanța RAM și aduce beneficii majorității componentelor PC-ului. Cu toate acestea, are unele limitări neobișnuite. În timp ce a accelerat memoria RAM, o școală de gândire sugerează că a încetinit procesoarele.

O frecvență de ceas a procesorului trebuie limitată la o estimare conservatoare a performanței în cel mai rău caz a funcției celei mai lente a unui procesor. În acest fel, puteți garanta că totul se termină într-un singur ciclu de ceas și nu aveți unele lucruri care să se scurgă, creând configurații neintenționate. Aceasta înseamnă că un procesor nelegat de un ceas, capabil să finalizeze operațiunile cât de repede dorește și apoi capabil să treacă imediat la următorul, ar putea funcționa teoretic mult mai repede.

Problema cu asta este logica. Deoarece lucrurile nu se finalizează neapărat într-un program previzibil, trebuie să adăugați o mulțime de circuite de verificare suplimentare. În plus, deoarece acest concept de arhitectură este defavorizat, nu există niciun software de proiectare a procesoarelor cu caracteristici complete pentru proiectarea procesoarelor asincrone. Acest lucru face dificilă verificarea dacă conceptul ar oferi o creștere generală a performanței.

Electronii sunt lenți

Deși poate credeți că furnizarea unui semnal de ceas unui procesor este relativ simplă, nu este foarte mult. CPU-urile moderne sunt destul de mari și profund complicate; aceasta înseamnă că timpul de propagare a unui semnal electric de la o parte la alta poate fi semnificativ, cel puțin în comparație cu o șase miliarde de secundă. Semnalul de ceas este introdus în CPU în multe locuri pentru a se asigura că întregul procesor este perfect sincronizat.

Pe măsură ce procesoarele devin mai mari și densitatea caracteristicilor este mai mare, este nevoie de mai multe circuite pentru a oferi o sincronizare precisă. În plus, pe măsură ce „Nodul” CPU-urilor a scăzut, rezistența pe firele mai mici a crescut. Aceasta înseamnă că puterea necesară pentru a bifa ceasul pe procesoarele moderne reprezintă o proporție rezonabilă din consumul total de putere.

Deoarece consumul de energie afectează direct producția de căldură, are un impact în două părți asupra performanței CPU, ambele negative. Acesta este un argument suplimentar pentru procesoarele asincrone. Lipsiți de ceas, le lipsește această absorbție de energie și producție de căldură, lăsând mai mult spațiu termic și de putere pentru performanța reală, ajutând și mai mult să compenseze creșterea necesară a complexității.

Concluzie

Un impuls de ceas este vârful unui semnal de ceas cu undă pătrată utilizat pentru sincronizarea computerului. Majoritatea componentelor folosesc în mod special marginea ascendentă a acelui puls pentru a funcționa. RAM DDR, totuși, utilizează atât marginea ascendentă, cât și cea descendentă a pulsului pentru a funcționa. Un generator de ceas, cum ar fi un oscilator piezoelectric cu cuarț, generează pulsul. Aceste impulsuri sunt apoi modificate de obicei de un multiplicator pentru a se potrivi exact cu viteza de ceas dorită.