Cosa genera il segnale di clock in una CPU veloce e come funziona?

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Spesso, per i circuiti integrati, viene utilizzato un cristallo di quarzo per generare il segnale di clock. Tuttavia, questo raggiunge solo velocità in MHz. Quale componente o quale circuito genera segnali fino a 5 GHz come nei processori per computer?

Come è possibile aumentare quella velocità quando si overclocca un PC (dal momento che non presumo che un cristallo acceleri quando si inserisce una tensione più elevata o lo rende più freddo)?

— Markinson
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Perché dovresti presumere che i cristalli di quarzo raggiungano solo frequenze fino a qualche chilohertz? Ho dei cristalli a 27 MHz nel mio cassetto.

— Bimpelrekkie,

Hai ragione @FakeMoustache, ma intendevo cristalli di 1 gigahertz e superiori.

— Markinson,

OK, ho visto oscillatori a cristallo fino a 150 MHz, in pratica viene utilizzato fino a 50 MHz. Le frequenze sopra riportate sono fatte usando un PLL come menziona Wouter. Lavoro su un prodotto in cui utilizziamo un PLL per convertire 25 MHz in 60 GHz!

— Bimpelrekkie,

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In realtà gli oscillatori a cristallo possono facilmente andare fino a 10 di MHz. Inoltre, nella maggior parte dei casi viene utilizzato un PLL (Phase Locked Loop), che è un oscillatore che non è molto preciso in sé, ma può essere sintonizzato (la sua frequenza può essere regolata in qualche modo). La frequenza di questo oscillatore ad alta frequenza è divisa per un fattore adatto (dividere un segnale per una potenza di 2 è facile e totalmente accurato), quindi confrontato con un oscillatore a 10 MHz. Il confronto viene utilizzato per regolare l'oscillatore ad alta frequenza. Pertanto, viene prodotta un'alta frequenza con (quasi) la precisione dell'oscillatore a cristallo a frequenza più bassa.

Nella maggior parte dei casi, il circuito per fare tutto questo è integrato nel chip del processore, perché deve essere configurato sotto il controllo del software e instradare un segnale ad alta frequenza tra i chip è un incubo.

— Wouter van Ooijen
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Era vero 5 anni fa (e probabilmente ancora oggi) che la maggior parte delle schede madri ha un buon vecchio cristallo 14.318 MHz e un chip generatore di clock (PLL) che genera altre frequenze del bus come 33 MHz (PCI), 48 MHz (USB) e una frequenza "FSB" intermedia come 100 o 200 MHz da lì. La CPU quindi prende la frequenza FSB e la moltiplica fino alla gamma GHz con un altro PLL su chip, il che evita il problema di trasportare effettivamente l'orologio GHz a qualsiasi distanza o di farlo passare attraverso i pin della CPU :)

— hobbs

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Non hai bisogno di un cristallo per oscillare, qualsiasi componente reattivo, come un condensatore o un induttore, con un amplificatore può fare il lavoro. In effetti, un cristallo è equivalente a un R, L e C in serie, tutti in parallelo con un C. Il vantaggio di un cristallo è che la frequenza di risonanza è molto precisa. Per generare frequenze più alte, le persone usano altri componenti risonanti (ad es. Induttori e condensatori all'interno di chip) nel loro circuito oscillatore.

Con alcuni circuiti oscillatori la frequenza può essere variata con una tensione applicata (VCO). Questi sono usati per generare accuratamente le alte frequenze, dividendo la frequenza di uscita e confrontandola con una sorgente a bassa frequenza accurata come un cristallo, quindi regolando la tensione di controllo in modo appropriato. Un PLL (loop ad aggancio di fase) è un esempio, che genera una tensione proporzionale alla differenza di fase tra l'orologio ad alta frequenza diviso e l'orologio di riferimento.

— patstew
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