La velocidad del reloj es la velocidad a la que un microprocesador ejecuta las instrucciones. Every computer contains an internal clock that regulates the rate at which instructions are executed and synchronizes all the various computer components. Cada equipo contiene un reloj interno que regula la velocidad a la que se ejecutan las instrucciones y sincroniza todos los componentes del ordenador diversas. The CPU requires a fixed number of clock ticks (or clock cycles) to execute each instruction. La CPU requiere un número fijo de ciclos de reloj (o ciclos de reloj) para ejecutar cada instrucción. The faster the clock, the more instructions the CPU can execute per second. Cuanto más rápido el reloj, más instrucciones de la CPU puede ejecutar por segundo.
Most CPUs, and indeed most sequential logic devices, are synchronous in nature. [ 10 ] That is, they are designed and operate on assumptions about a synchronization signal. La mayoría de las CPUs, y de hecho la mayoría de la lógica secuencial de dispositivos, son sincrónicos en la naturaleza. [10] Es decir, están diseñados y operan en suposiciones acerca de una señal de sincronización. This signal, known as a clock signal , usually takes the form of a periodic square wave . Esta señal, conocida como una señal de reloj , por lo general toma la forma de un periódico de onda cuadrada . By calculating the maximum time that electrical signals can move in various branches of a CPU's many circuits, the designers can select an appropriate period for the clock signal. Calculando el tiempo máximo que las señales eléctricas pueden moverse en varias ramas de muchos circuitos de la CPU, los diseñadores pueden seleccionar un adecuado periodo de la señal de reloj.
This period must be longer than the amount of time it takes for a signal to move, or propagate, in the worst-case scenario. Este período debe ser superior a la cantidad de tiempo que tarda una señal para moverse, o propagar, en el peor de los casos. In setting the clock period to a value well above the worst-case propagation delay , it is possible to design the entire CPU and the way it moves data around the "edges" of the rising and falling clock signal. Al establecer el período de reloj a un valor muy por encima del peor de los casos el retardo de propagación , es posible diseñar todo el CPU y la forma en que mueve los datos alrededor de los "bordes" de la señal de reloj ascendente y descendente. This has the advantage of simplifying the CPU significantly, both from a design perspective and a component-count perspective. Esto tiene la ventaja de simplificar la CPU de manera significativa, tanto desde una perspectiva de diseño y una perspectiva de componentes cuentan. However, it also carries the disadvantage that the entire CPU must wait on its slowest elements, even though some portions of it are much faster. Sin embargo, también tiene la desventaja de que todo el CPU debe esperar en su menor elementos, a pesar de que algunas partes de ella son mucho más rápidos. This limitation has largely been compensated for by various methods of increasing CPU parallelism. Esta limitación ha sido en gran parte compensada por los distintos métodos de paralelismo CPU cada vez mayor. (see below) (Ver más abajo)
However, architectural improvements alone do not solve all of the drawbacks of globally synchronous CPUs. Sin embargo, mejoras en la arquitectura por sí solos no resolverán todos los inconvenientes de CPUs globalmente síncronos. For example, a clock signal is subject to the delays of any other electrical signal. Por ejemplo, una señal de reloj está sujeta a los plazos de cualquier señal eléctrico. Higher clock rates in increasingly complex CPUs make it more difficult to keep the clock signal in phase (synchronized) throughout the entire unit. Mayores tasas de reloj en CPUs cada vez más complejo que sea más difícil mantener la señal de reloj en fase (sincronizada) a lo largo de toda la unidad. This has led many modern CPUs to require multiple identical clock signals to be provided in order to avoid delaying a single signal significantly enough to cause the CPU to malfunction. Esto ha llevado a muchas CPU modernas requieren múltiples señales de reloj idéntico que se incluirá en el fin de evitar el retraso de una sola señal de manera significativa como para causar el mal funcionamiento de la CPU. Another major issue as clock rates increase dramatically is the amount of heat that is dissipated by the CPU. Otro tema importante como aumentar las tasas de reloj espectacular es la cantidad de calor que se disipa por la CPU. The constantly changing clock causes many components to switch regardless of whether they are being used at that time. El reloj cambia constantemente hace muchos componentes para cambiar independientemente de si se están utilizando en ese momento. In general, a component that is switching uses more energy than an element in a static state. En general, un componente que está cambiando usa más energía que un elemento en un estado estático. Therefore, as clock rate increases, so does heat dissipation, causing the CPU to require more effective cooling solutions. Por lo tanto, a medida que aumenta la velocidad del reloj, lo mismo ocurre con la disipación de calor, haciendo que la CPU para exigir soluciones de refrigeración más eficaz.
One method of dealing with the switching of unneeded components is called clock gating , which involves turning off the clock signal to unneeded components (effectively disabling them). Un método de tratar con el cambio de componentes innecesarios que se llama clock gating , que implica apagar la señal de reloj a los componentes innecesarios (efectivamente incapacitante). However, this is often regarded as difficult to implement and therefore does not see common usage outside of very low-power designs. Sin embargo, esto es a menudo considerado como difícil de aplicar y por lo tanto no ve uso común afuera de diseños de muy baja potencia. One notable late CPU design that uses clock gating is that of the IBM PowerPC -based Xbox 360 . Un diseño notable CPU finales que utiliza gating de reloj es el de la IBM PowerPC basados en Xbox 360 . It utilizes extensive clock gating in order to reduce the power requirements of the aforementioned videogame console in which it is used. [ 11 ] Another method of addressing some of the problems with a global clock signal is the removal of the clock signal altogether. Utiliza clock gating amplia a fin de reducir los requisitos de potencia de la consola de videojuegos anteriores en las que se utiliza. [11] Otro método de abordar algunos de los problemas con la señal de reloj global es la eliminación de la señal de reloj por completo. While removing the global clock signal makes the design process considerably more complex in many ways, asynchronous (or clockless) designs carry marked advantages in power consumption and heat dissipation in comparison with similar synchronous designs. Al retirar la señal de reloj global hace que el proceso de diseño mucho más complejo en muchos sentidos, asincrónico (o clockless) diseños llevan marcadas ventajas en el consumo de energía y disipación de calor en comparación con similar diseño síncrono. While somewhat uncommon, entire asynchronous CPUs have been built without utilizing a global clock signal. Aunque un poco raro, todo asíncronas CPUs se han construido sin utilizar una señal de reloj global. Two notable examples of this are the ARM compliant AMULET and the MIPS R3000 compatible MiniMIPS. Dos ejemplos notables de ello son los ARM compatible AMULETO y el MIPS R3000 MiniMIPS compatible. Rather than totally removing the clock signal, some CPU designs allow certain portions of the device to be asynchronous, such as using asynchronous ALUs in conjunction with superscalar pipelining to achieve some arithmetic performance gains. En lugar de eliminar por completo la señal de reloj, algunos diseños de CPU permiten ciertas partes del dispositivo ser asincrónicas, tales como el uso asíncrono ALUs en conjunción con pipelining superescalar para alcanzar algunas mejoras de rendimiento aritmético. While it is not altogether clear whether totally asynchronous designs can perform at a comparable or better level than their synchronous counterparts, it is evident that they do at least excel in simpler math operations. Si bien no es del todo claro si los diseños totalmente asincrónicos pueden desempeñarse a un nivel comparable o mejor que sus contrapartes síncronas, es evidente que lo hacen sobresalir por lo menos en las operaciones matemáticas simples. This, combined with their excellent power consumption and heat dissipation properties, makes them very suitable for embedded computers . [ 12 ] Esto, combinado con el consumo de energía y excelentes propiedades de disipación de calor, los hace muy adecuados para los ordenadores integrados . [12]
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