Тактовая частота сигнала

Тактовый генератор: устройство, принцип работы, применение

Тактовая частота сигнала

Тактовый генератор – электронная схема, производящая тактовый сигнал для синхронизации работы цифровых схем. Такой сигнал может иметь любую форму: и простую прямоугольную, и более сложную. Основными элементами генератора являются резонансная схема и усилитель.

Тактовые сигналы

В электронике, в особенности в синхронных цифровых сетях, тактовый сигнал – это сигнал, имеющий постоянную частоту, два устойчивых состояния (верхнее и нижнее), предназначенных для согласования работы цифровых схем.

Как поставить макрос на мышку Bloody A4Tech

Тактовые сигналы создаются тактовыми генераторами. Наиболее распространенной формой тактового сигнала является меандр (сигнал с рабочим циклом 50%). Рабочий цикл – отношение длительности к периоду импульса. Другими словами, это часть периода, в течение которой сигнал активен.

Схемы, использующие тактовые сигналы, могут становиться активными во время переднего фронта, заднего фронта, или, в случае удвоенной скорости передачи данных, переднего и заднего фронтов импульса.

Принцип формирования тактового сигнала

Источником тактовых колебаний является кварцевый кристалл, расположенный в оловянном корпусе. При подаче на кварцевую пластинку напряжения, он начинает совершать механические колебания. Под действием пьезоэлектрического эффекта на электродах кристалла наводится ЭДС. Колебания электротока следуют на генератор, который, собственно, и преобразует их в импульсы.

Генератор тактовых импульсов для компьютера

В компьютере генератор отвечает за синхронную работу всех его устройств: процессора, оперативной памяти, шин данных. Работу процессора при этом можно сравнить с работой часов. Исполнение инструкции центральным процессором осуществляется за определенное число тактов. Точно также функционируют и часы. Такты в механических часах определяются колебаниями маятника.

Производительность процессора напрямую зависит от частоты тактов. Чем больше частота тактов, тем больше инструкций процессор способен выполнить за определенный промежуток времени.

Одна команда или инструкция может выполняться процессором за часть такта или за несколько сотен тактов.

Общая тенденция современного развития компьютерной техники заключается в снижении количества тактов, выделяемых для выполнения одной простейшей инструкции.

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Как подключить “Икс Бокс 360” к интернету: пошаговая инструкция

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие).

Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора.

А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Основные элементы

В качестве резонансной схемы генератора часто выступает кварцевый пьезо-электрический возбудитель. В то же время могут использоваться более простые схемы параллельного резонансного контура и RC-цепь (схема состоящая из конденсатора и резистора).

Генератор может иметь дополнительные схемы для изменения основного сигнала. Так процессор 8088 использует только две трети от рабочего цикла тактового сигнала. Это требует наличия в генераторе тактовых импульсов. И встроенной логической схемы для преобразования рабочего цикла.

По мере усложнения формы выходного синхросигнала в схеме генератора тактовых импульсов могут использоваться смеситель, делитель или умножитель частоты. Смеситель частоты генерирует сигнал, частота которого равна сумме или разности двух частот входных сигналов.

Схема фазовой автоподстройки частоты

Многие устройства используют схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для сравнения фазы сигнала с выхода генератора с фазой частоты и регулировки частоты генератора таким образом, чтобы значения фаз совпали.

На рисунке приведена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Устройство сравнения фаз (компаратор) имеет 2 входа и 1 выход.

В качестве входных сигналов используется сигнал от задающего генератора (сигнал на входе схемы ФАПЧ) и сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН).

Компаратор сравнивает фазы двух сигналов и формирует сигнал ошибки, который следует на фильтр нижних частот (ФНЧ), а с него – на ГУН, управляя его частотой.

Виды тактовых генераторов

1. Генераторы общего назначения

Генераторы общего назначения, как правило, используют схемы ФАПЧ для генерирования выходных сигналов из общей входной частоты. Они для получения опорной частоты используют простые недорогие кварцевые кристаллы. Из сигнала опорной частоты они генерируют выходные тактовые сигналы с низким уровнем дрожания фронта сигнала.

2. Программируемые генераторы

Позволяют изменять коэффициент, используемый делителем или умножителем. Благодаря этому можно выбрать любую из множества выходных частот без изменения аппаратной части.

Применение генераторов синхронизирующих сигналов в сетях SONET

Это тактовый генератор, используемый сетями поставщиков услуг часто в виде встроенного источника сигналов (BITS) для центрального офиса.

Цифровые коммутационные системы и некоторые системы передачи (например, системы синхронной цифровой иерархии SONET) зависят от надежной высококачественной синхронизации. Чтобы обеспечить такое состояние, большинство поставщиков услуг применяют схемы распределения сигналов синхронизации между офисами и реализуют концепцию BITS для обеспечения синхронизации внутри офиса.

На вход генератора тактовой частоты поступают входные сигналы синхронизации, а из выхода следуют выходные сигналы синхронизации. В качестве входных опорных сигналов могут выступать сигналы синхронизации DS-1 или CC (составные сигналы), выходными сигналами также могут быть сигналы DS-1 или CC.

Состав генератора:

  • входной интерфейс синхронизации, принимающий входные сигналы DS-1 или CC;
  • схема генерирования синхросигналов, которая создает синхросигналы, используемые схемой распределения выходной схемой распределения сигналов;
  • выходная схема распределения сигналов синхронизации, создающая множество сигналов DS-1 и CC;
  • схема контроля характеристик, предназначенная для контроля параметров синхронизации входных сигналов;
  • интерфейс аварийной сигнализации, подсоединенный к системе управления аварийной сигнализацией центрального офиса;
  • служебный интерфейс, предназначенный для использования местным обслуживающим персоналом и поддерживающий связь с удаленными служебными системами.

Источник

Источник: https://abc-import.ru/oborudovanie/5238-taktovyj-generator-ustrojstvo-princip-raboty-primenenie/

Микроконтроллеры: термины и определения

Тактовая частота сигнала

Что нужно для того, чтобы стать профессиональным разработчиком программ для микроконтроллеров и выйти на такой уровень мастерства, который позволит с лёгкостью найти и устроиться на работу с высокой зарплатой (средняя зарплата программиста микроконтроллеров по России на начало 2017 года составляет 80 000 рублей). Подробнее…

В этом разделе приведены самые основные термины и определения, с которыми вы встретитесь, если начнёте изучать микроконтроллеры.

Тактовый сигнал (или просто такт)

Это сигнал, который используется для согласования операций в одной или более цифровых схем. Если речь идёт о микроконтроллере, то тактовый сигнал используется для согласования операций внутри микроконтроллера (по сути микроконтроллер – это несколько цифровых схем, объединённых в одном корпусе).

Тактовый сигнал обычно имеет прямоугольную форму. То есть этот сигнал (например, логическая единица – появление напряжения на выводе), появляется и исчезает через какие-то промежутки времени.

Активным уровнем тактового сигнала принято называть момент переключения из одного состояния в другое. Активным уровнем является высокий уровень, если схема переключается в момент, задаваемый фронтом синхросигнала, то есть когда синхросигнал переключается из нижнего уровня в верхний. Если переключение происходит по срезу синхросигнала, то активный уровень – низкий.

Такт процессора или такт ядра процессора – промежуток между двумя импульсами тактового генератора, который синхронизирует выполнение всех операций процессора.

Выполнение различных элементарных операций может занимать от долей такта до многих тактов в зависимости от команды и процессора. Общая тенденция заключается в уменьшении количества тактов, затрачиваемых на выполнение элементарных операций.

Тактовая частота

Тактовая частота – частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, то есть количество синхронизирующих тактов, поступающих извне на вход схемы за одну секунду.

А теперь по простому: тактовая частота – это количество тактовых сигналов за одну секунду.

В самом первом приближении тактовая частота определяет производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду.

Однако системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным системам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, системы, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.

Период синхросигнала (clock period) – отрезок времени между соседними переключениями, совершаемыми в одном и том же направлении.

Частота синхросигнала (clock frequency) – величина, обратная периоду.

Скважность синхросигнала – отношение периода синхросигнала к длительности его активного состояния (скважность меандра равна двум).

Коэффициент заполнения – величина, обратная скважности.

КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник. Английская аббревиатура CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor). Это набор полупроводниковых технологий построения интегральных микросхем и соответствующая ей схемотехника микросхем. Подавляющее большинство современных цифровых микросхем имеют технологию КМОП.

IPS (англ. instructions per second – инструкций в секунду) – мера быстродействия процессора компьютера. Показывает число определённых инструкций, выполняемых процессором за одну секунду.

Часто заявляемые производителями значения IPS являются пиковыми и получены на последовательностях инструкций, не характерных для реальных программ. Также на значения IPS сильно влияет пропускная способность иерархии памяти.

В связи с этим, вместо исходных значений IPS для оценки быстродействия принято использовать результаты синтетических тестов (англ. benchmark), например SPECint или Dhrystone.

Производные единицы измерения:

  • 1 kIPS = 103 IPS (кило ИПС)
  • 1 MIPS (англ. million IPS) или 1 MOPS (англ. million operations per second, рус. МИПС) = 106 IPS (мега ИПС)
  • 1 GIPS = 109 IPS (гига ИПС)

На этом пока всё. Новые термины и определения будем раскрывать по мере продвижения на пути изучения устройства микроконтроллеров…

Оценочный комплект (Evaluation kits) – программное и/или аппаратное обеспечение, передаваемое потенциальным клиентам для ознакомления. В случае с микроконтроллерами позволяет тестировать устройства в условиях, максимально приближённым к реальным.

SPI (англ. Serial Peripheral Interface, SPI bus — последовательный периферийный интерфейс, шина SPI) — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным (англ. four-wire) интерфейсом.

Статическая память с произвольным доступом (SRAM, static random access memory) — полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние без регенерации, необходимой в динамической памяти (DRAM). Тем не менее, сохранять данные без перезаписи SRAM может, только пока есть питание, то есть SRAM остается энергозависимым типом памяти.

Произвольный доступ (RAM — random access memory) — возможность выбирать для записи/чтения любой из битов (тритов) (чаще байтов (трайтов), зависит от особенностей конструкции), в отличие от памяти с последовательным доступом (SAM, англ. sequential access memory).

EEPROM (англ. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ (ЭСППЗУ), один из видов энергонезависимой памяти (таких, как PROM и EPROM). Память такого типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз.

Микроконтроллеры для ЧАЙНИКОВБесплатная рассылка о микроконтроллерах. Рассылка содержит как бесплатную информацию для начинающих, так и ссылки на платные продукты (книги, видеокурсы и др.) для тех, кто захочет вникнуть в тему более глубоко. Подробнее…

Источник: http://www.av-assembler.ru/mc/terminy.php

Шины. Часть I

Тактовая частота сигнала

Михаил Тычков aka Hard

Доброго времени суток.

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены по которым текутэлектрические сигналы. Строго говоря, это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствамикомпьютера.

Кстати, если Вы думаете, что те разъемы, куда вставляются платы расширения и есть шины, то Вы жестокоошибаетесь.

Это интерфейсы (слоты, разъемы), с их помощью осуществляется подключение к шинам, которых, зачастую, вообщене видно на материнских платах.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачиданных. Начнем по порядку.

Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяеткварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействиемэлектрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Вот эта самая частота колебания иназывается тактовой частотой.

Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят черезопределенные интервалы, которые называются тактами. Отсюда сделаем вывод, что наименьшей единицей измерения времени длябольшинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты.

Проще говоря – накаждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операцийза один такт). Тактовая частота, применительно к персональным компьютерам, измеряется в МГц, где Герц – это одно колебаниев секунду, соответственно 1 МГц – миллион колебаний в секунду.

Теоретически, если системная шина Вашего компьютераработает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. К слову сказать,совсем не обязательно, что бы каждый компонент системы обязательно что-либо выполнял с каждым тактом.

Существуют такназываемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другогоустройства. Так, например, организована работа оперативной памяти и процессора (СPU), тактовая частота которого значительновыше тактовой частоты ОЗУ.

Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят,что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналамодновременно. Здесь есть одна фишка.

Дело в том, что шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самомделе, большее количество каналов.

То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данныхвыделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации.

Название этого параметра говорит само за себя. Он высчитывается по формуле:

тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных

Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частотев 100 МГц.

100 * 64 = 6400 Мбит/сек6400 / 8 = 800 Мбайт/сек

Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов:неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции и сборки а также многое другое. По некоторымданным, разность между теоретической скоростью передачи данных и практической может составлять до 25%.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав
набора системной логики (чипсет).

Теперь поговорим конкретно о тех шинах, которые присутствуют на материнской плате. Основнойсчитается системная шина FSB (Front Side Bus). По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью,а также между процессором и остальными устройствами персонального компьютера.

Вот тут вот есть один подводный камень.Дело в том, что работая над материалом этой статьи, я столкнулся с одной неразберихой – существует такая фигня, как шинапроцессора. По одним данным системная шина и шина процессора это есть одно и тоже, а по другим – нет.

Я перерыл кучу книги пересмотрел кучу схем. Вывод: поначалу процессор подключался к основной системной шине через собственную, процессорную,шину, в современных же системах эти шины стали одним целым.

Мы говорим – системная шина, а подразумеваем процессорную, мыговорим – процессорная шина, а подразумеваем системную. Двинемся дальше. Фраза: «Моя материнская плата работает на частоте100 МГц» означает, что именно системная шина работает на тактовой частоте в 100 МГц.

Разрядность FSB равна разрядностиCPU. Если Вы используете 64 разрядный процессор, а тактовая частота системной шины 100 МГц, то скорость передачи данныхбудет равна 800 Мбайт/сек.

Кроме системной шины на материнской плате есть еще шины ввода/вывода, которые отличаются друг от другапо архитектуре. Перечислю некоторые из них:

1. ISA2. EISA3. VLB или VESA4. PCI5. AGP

Вот о них то я и буду рассказывать дальше.

Источник: http://whatis.ru/hard/mainb2.shtml

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.