Ceas

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Ceas (dezambiguizare) .

Termenul ceas , în electronică , indică un semnal periodic , în general o undă pătrată , utilizat pentru sincronizarea funcționării dispozitivelor electronice digitale . Poate fi generat de orice oscilator , tipul de cuarț este în general utilizat pentru stabilitatea sa ridicată la oscilație. [1]

Descriere

Semnalul

Semnalul constă dintr-un nivel de tensiune care efectuează periodic o tranziție rapidă de la zero la o valoare care coincide în general cu tensiunea de alimentare a circuitului, rămâne la acest nivel pentru un anumit timp și apoi revine la fel de repede. La nivelul zero, rămâne la nivel zero pentru un anumit timp și apoi ciclul se repetă. Comutarea tuturor circuitelor logice are loc în timpul tranziției acestei tensiuni, adică în timpul variației de nivel a acestui semnal. Intrările dispozitivelor însărcinate cu recepționarea ceasului sunt de obicei definite ca „active active” sau „active negate”, fostul comutator pe marginea ascendentă a ceasului, cel din urmă pe marginea descendentă. Ciclul de funcționare (în italiană, literalmente „raportul complet gol”, ciclul de lucru) al semnalului nu trebuie neapărat să fie simetric, un ceas de 100 MHz poate consta dintr-un semnal care este la un nivel înalt de 3 nanosecunde și rămâne la zero 7 nanosecunde, sau invers.

Frecventa

Viteza sau frecvența ceasului este numărul de comutatoare între cele două niveluri logice "0" și "1" pe care circuitele din interiorul unei unități de calcul sau ale unui microprocesor sunt capabile să le efectueze în unitatea de timp. O secundă și este exprimată în cicluri pe secundă sau hertz și multiplii săi; în mod normal sunt necesare mai multe cicluri de ceas pentru a executa o instrucțiune sau o sumă simplă. Unitatea de calcul a computerului Z1 (care folosea tehnologie electromecanică, nu electronică) construită de germanul Konrad Zuse în 1938 a variat de la 0,3 cicluri pe secundă până la maximum 1 hertz. Viteza de ceas a primului microprocesor modern, Intel 4004 proiectat de italianul Federico Faggin în 1971 , a fost de 740 kHz. CPU-urile actuale ale computerelor personale ating acum și depășesc 4 GHz. În aceste procesoare moderne, viteza de ceas fiind atât de mare, este generată de un mic oscilator cuarț amplasat în interiorul procesorului în sine, care poate fi ajustat prin BIOS .

Să luăm, de exemplu, modul în care funcționează un procesor . Acesta este compus din diferite circuite logice concepute pentru a efectua operațiuni diferite, aceste circuite interacționează între ele prin schimbul de informații. Pentru ca această operațiune să aibă loc corect, este însă necesar ca fiecărui circuit să i se indice momentul exact în care poate considera valabile semnalele pe care le primește la intrare. Ceasul este semnalul care se ocupă de această sarcină și este un semnal partajat între toate circuitele. Frecvența sa trebuie deci calculată astfel încât ciclul ceasului să fie suficient de lung pentru a permite tuturor circuitelor, chiar și cele mai lente, să-și finalizeze operațiunile corect.

Pe scurt, cu cât frecvența este mai mare, cu atât mai multe operații pot fi efectuate în același interval de timp. Prin urmare, pentru a crește performanța unui CPU, este posibil să acționați pe ceas. Deoarece această valoare este limitată de circuitul logic mai lent, unele circuite foarte complexe sunt susceptibile de a provoca „ blocaje ”, rezultând o performanță generală redusă. Pentru a depăși această problemă, este posibilă reducerea lungimii maxime a circuitelor logice prin împărțirea celor excesiv de lungi în mai multe părți. Operațiunile nu ar mai fi finalizate într-un singur ciclu de ceas.

De exemplu, să presupunem că un procesor are circuite logice care durează în medie 1 ns (1 / 1.000.000.000 de secundă) pentru a finaliza calculele, dar circuitul mai lent necesită 5. Puteți rupe acel circuit în cinci părți, obținând astfel circuite cu latențe de 1 ns, permițând reducerea timpului de ceas. Mai ales dacă acest circuit este rar folosit, CPU-ul obține o creștere considerabilă a performanței. Cu toate acestea, există limite în utilizarea acestei tehnici. De fapt, un singur circuit logic, efectuând aceeași operație, este în general mai rapid decât mai multe circuite mici conectate în serie. Creșterea ratei ceasului în acest mod poate duce la beneficii reale de performanță numai dacă faceți un compromis rezonabil.

De fapt, procesoarele moderne au atins deja limita maximă superioară a frecvențelor de ceas peste care producția mai mare de căldură în timpul procesării nu poate fi eliminată eficient, provocând daune procesorului însuși; pentru a depăși acest lucru și a continua să crească capacitatea de calcul a unui sistem de procesare, au fost dezvoltate tehnici de execuție paralelă prin utilizarea arhitecturilor hardware multiprocesor .

Cu toate acestea, informaticienii sunt capabili să mărească performanța computerelor prin creșterea vitezei nominale a ceasului procesorului, adesea cu ajutorul răcirii cu azot lichid , dar aceasta este o operație riscantă care poate duce la supraîncălzirea procesorului. Cu toate acestea, există unele procesoare cu o eficiență și o robustețe deosebite care sunt capabile să suporte viteze de ceas mai mari decât cea nominală, fără a suferi daune. În jargonul computerizat, această operațiune se numește overclocking și este folosită și de industrie pentru a testa fiabilitatea procesorelor produse.

Notă

  1. ^ Tanenbaum , pp. 152-154 .

Bibliografie

Elemente conexe