CPU und Taktrate

So wie ich es verstehe, erzeugen CPUs mit einem Quarzkristall elektrische Impulse. Die Rate, mit der Pulse erzeugt werden (unter Berücksichtigung verschiedener Multiplikatoren), gibt die Verarbeitungsgeschwindigkeit an, mit der alle Komponenten ablaufen (2, 3, 4 GHz usw.).

Bedeutet dies, dass diese elektrischen Impulse alle Komponenten in der CPU ansteuern? dh ist die Taktrate die Stromzufuhr für die CPU, wo Transistoren (möglicherweise) mit der Taktrate ein- und ausgeschaltet werden? Eine Taktrate von 3 GHz bedeutet also, dass Transistoren 3 Milliarden Mal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet werden können? Oder habe ich das falsch interpretiert?

Wenn der Quarzkristall diesen elektrischen Impuls erzeugt, was passiert genau damit und was macht er?

Es hängt von Ihrer CPU und ihrer Architektur ab. vielleicht hilft dir dieser Link: en.wikipedia.org/wiki/Clock_signal

Antworten (2)

Tatsächlich gibt der Taktzyklus nicht die Geschwindigkeit an, mit der ein einzelner Transistor schalten kann, sondern wie lange es dauert, bis ein Signal den langsamsten / längsten Weg zurückgelegt hat. Ein einzelner CMOS-Transistor auf einer modernen CPU kann mit viel höheren Geschwindigkeiten schalten als der auf der CPU verwendete Takt, aber der Takt basiert nicht nur auf der Schaltgeschwindigkeit des Transistors, sondern auf Signallaufzeiten. Das ist der springende Punkt beim Unterteilen der CPU in kürzere Stufen (Pipelining), um die Länge zu verringern, die das Signal passieren muss, bevor die Ausführung einer bestimmten Aufgabe abgeschlossen wird. Diese Länge gegenüber der Geschwindigkeit des Elektronenflusses bestimmt die längste Ausbreitungsverzögerung und begrenzt somit den maximalen Takt des Systems.

Im Wesentlichen ja – diese elektrischen Impulse treiben alle Komponenten in der CPU an. Heutzutage treibt eine Kristallreferenz eine PLL an, die die Referenz hochmultiplizieren kann. Sie haben also keinen 3-GHz-Quarz in Ihrem PC!

Dies ist die Grundlage der "synchronen Logik" - Schaltungen, die durch ein Taktsignal synchronisiert werden. Idealerweise erfolgt jeder Übergang in der Schaltung gleichzeitig, aber in Wirklichkeit gibt es Verzögerungen und Einrichtungszeiten, die die maximale Geschwindigkeit begrenzen, mit der die Schaltung laufen kann. Um diese Probleme zu begrenzen, wird das Taktsignal sorgfältig über das System verteilt – Designer verwenden Simulationen, um das Timing zu analysieren.

Es gibt so etwas wie asynchrone Schaltungen, aber ich würde sagen, dass alle modernen CPUs synchrone Schaltungen mit einer globalen Uhr sind.

Danke carveone. Welche Art von Eingang empfängt der Kristall - ist es Gleichstrom oder Wechselstrom? Aus dem Lesen im Internet weiß ich, dass der CPU-Spannungsregler die Haupteingangsspannung des Computers auf die gewünschte Eingangsspannung ändert, die die CPU will. Ich weiß nur nicht, was dieser Spannungseingang ist? Einige Quellen, die ich gelesen habe, scheinen zu sagen, dass der Kristalloszillator einen Wechselstromeingang hat, aber dann habe ich festgestellt, dass Quarzkristalle auch einen Gleichstromeingang verwenden und einen Wechselstromausgang liefern.
Es könnte erwähnenswert sein, dass die Transistoren schneller als der Takt schalten können, dass der Takt an den Latch-Punkten (z. B. zwischen Pipeline-Stufen) verwendet wird.
Ein Quarz wirkt wie ein RLC-Kreis mit einer präzisen Resonanzfrequenz. Auf dem PIC, den ich verwende, ist der Kristall Teil der Rückkopplungsschleife eines Wechselrichters. Es wird also eine 1-0-1-0-1 ... usw. Rechteckwelle gespeist. Also DC und AC ;-) Die 10101...-Sequenz passt nach einer gewissen Zeit (der Startup-Zeit) zur Quarzfrequenz. Ich fürchte, ich bin kein mathematischer Mensch, aber wenn Sie einen Kristall mit einer Stimmgabel vergleichen, müssen Sie immer wieder auf die Gabel schlagen, damit sie weiterklingelt. Soviel ich weiß!