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?
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.
Roh