Частота процессора является опорной для генератора тактовых импульсов

Частота процессора является опорной для генератора тактовых импульсов

Генератор тактовых импульсов

Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах и таймерах, микропроцессорной и другой цифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота — считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

Содержание

Типы генераторов

В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.

Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота.

Кварцевый

Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Данное решение используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения).

Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота — 14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 33 МГц, AGP — 66 МГц и не зависеть от частоты FSB процессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2 используют Т-триггер в режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых процессорах (например, Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

См. также

• Кварцевый резонатор
• Кварцевый генератор
• Блокинг-генератор
• Генератор (электроника)
• Автогенератор

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

• Инвентаризация
• Удивительный доктор Клиттерхаус

Полезное

Смотреть что такое «Генератор тактовых импульсов» в других словарях:

генератор тактовых импульсов — генератор синхроимпульсов — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы генератор синхроимпульсов EN clock … Справочник технического переводчика

генератор тактовых импульсов — takto impulsų generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Taktimpulsgenerator, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d impulsions de rythme, m … Automatikos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, kuriantis stabilaus periodo impulsus, kurie naudojami tam tikrų įtaisų ar grandinių veikai sinchronizuoti. atitikmenys: angl. cycle repeat timer; … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Impulszeitgeber, m; Taktimpulsgeber, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d’impulsions de rythme, m;… … Fizikos terminų žodynas

задающий генератор (тактовых импульсов) — Ведущий опорный генератор, формирующий тактовые или синхронизирующие импульсы, используемые для управления другими генераторами, которые называются ведомыми. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

опорный генератор тактовых импульсов — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN reference clock … Справочник технического переводчика

Генератор сигналов — Генератор сигналов это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… … Википедия

генератор синхроимпульсов, управляемый напряжением — генератор тактовых импульсов, управляемый напряжением — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика

Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… … Википедия

Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… … Википедия

Тактовый генератор: устройство, принцип работы, применение

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.

Вам будет интересно: 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

Вам будет интересно: Как подключить «Икс Бокс 360» к интернету: пошаговая инструкция

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.

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.

• 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.

Ответы на тесты по предмету «Архитектура информационных систем» бесплатно

Правильные ответы отмечены зеленым цветом

16-разрядный процессор может одновременно обрабатывать … информации

4 бита

32 бита

адресное пространство эвм с 32-разрядной шиной адреса составляют … адресов

• 224
• 3232

322

асимметричная пропускная способность цифровых модемов означает, что …

потоки данных в обоих направлениях одинаковы

объем потока данных зависит от направления

данные могут передаваться только в одном направлении

батарея питания на материнской плате необходима …

для «прошивки» BIOSа

для генерации тактовых импульсов

для поддержки работы CMOS и RTC при отключении питания системного блока

для стабилизации напряжения

в процессоре pentium обработка инструкций осуществляется параллельно на двух пятиступенчатых конвейерах, а выполнение одной инструкции занимает …

2 такта

4 такта

вычислительные машины дискретного действия, работающие с информацией, представленной в дискретной, цифровой форме, – это … вычислительные машины

аналоговые

гибридные

вычислительные машины комбинированного действия, работающие с информацией, представленной и в дискретной, и в непрерывной форме, – это … вычислительные машины

• аналоговые
• цифровые

вычислительные машины непрерывного действия, работающие с информацией, представленной в непрерывной форме, – это … вычислительные машины

гибридные

вычислительные системы (вс), в которых компоненты (компьютеры/процессоры) равноправны и каждый может брать управление на себя, называются …

• неоперативными ВС
• ВС с централизованным управлением

ВС с децентрализованным управлением

распределенными ВС

вычислительные системы (вс), в которых управление выполняет выделенный компьютер или процессор, называются …

• неоперативными ВС
• ВС с децентрализованным управлением
• распределенными ВС

ВС с централизованным управлением

вычислительные системы (вс), допускающие режим «отложенного ответа», когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задержкой, называются …

ВС с децентрализованным управлением

распределенными ВС

ВС с централизованным управлением

вычислительные системы (вс), компоненты которых могут располагаться на значительном расстоянии, называются …

• неоперативными ВС
• ВС с децентрализованным управлением

ВС с централизованным управлением

в ячейке оперативной памяти содержится … информации

слово

двойное слово

для подключения устройств к интерфейсу centronics используется …

COM-порт

USB-порт

для подключения устройств к интерфейсу rs-232c используется …

LPT-порт

COM-порт

для установки современных видеоадаптеров используется слот …

• ISA
• AGP

DDR

компьютеры подключаются к локальной сети через …

• аналоговый модем
• цифровой модем

COM-порт

мощность блока питания измеряется …

в килограммах

в амперах

в омах

неверно, что … находиться внутри системного блока

микропроцессор может

блок питания может

накопители на дисках могут

неверно, что … является устройством ввода информации

клавиатура

сканер

джойстик

объем одного современного модуля оперативной памяти для ibm-совместимых персональных компьютеров составляет …

• от 64 МБ до 128 МБ
• от 128 МБ до 256 МБ

от 512 МБ до 4 ГБ

объем памяти, который занимает один символ ascii, – …

• одно слово
• один бит

оперативное запоминающее устройство (озу) предназначено …

• только для считывания информации и ее сохранения после выключения питания машины
• для считывания, записи и сохранения информации после выключения питания машины

для считывания и записи информации, и после выключения питания машины эта информация пропадает

только для считывания информации, после выключения питания машины эта информация пропадает

организация структуры эвм в виде функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске) называется …

магистральностью

иерархией управления

основным назначением интерфейса centronics является подключение …

игровых устройств

манипуляторов

клавиатуры

основным принципом построения эвм является …

кодирование информации двоичными числами

открытость архитектуры

иерархия управления

перезагрузка системного блока, в котором кнопки reset и power совмещены, …

• происходит, если нажать кнопку POWER и удерживать ее в течение 30 сек.
• происходит, если быстро нажать кнопку POWER два раза подряд

происходит, если слегка нажать кнопку POWER один раз

не предусмотрена, возможно лишь полное выключение питания

полнота функций, выполняемых информационно-вычислительной сетью, означает …

количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени

обеспечение выполнения всех предусмотренных функций и по доступу ко всем ресурсам, и по совместной работе узлов, и по реализации всех протоколов и стандартов работы

среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени

понятия «адаптер» и «контроллер» …

имеют соподчиненное значение: адаптер – это контроллер, способный к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы

являются синонимами

имеют соподчиненное значение: контроллер – это адаптер, способный к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы

понятия «многомашинные вычислительные системы» и «информационно-вычислительные сети» …

• имеют совершенно различное значение
• являются синонимами

являются соподчиненными: информационно-вычислительная сеть – это многомашинная вычислительная система, в которой компьютеры связанны между собой через устройства обмена информацией по каналам связи

последовательность выполнения инструкций процессором …

не может быть нарушена

может быть нарушена вследствие воздействия как внутренних, так и внешних причин

может быть нарушена вследствие воздействия внешних причин

может быть нарушена вследствие воздействия внутренних причин

при прокладке внутри одного здания наибольшее распространение получили локальные сети, использующие …

телефонный кабель

при прокладке кабеля внутри одного здания наиболее высокую скорость передачи данных обеспечивают локальные сети, использующие …

• коаксиальный кабель
• витую пару

телефонный кабель

программно-видимые свойства процессора называются …

производительностью процессора

микроархитектурой процессора

регуляторы напряжения на материнской плате используются …

• для обеспечения ровного потока напряжения в схеме
• для обеспечения сглаживания скачков напряжения

для преобразования входного напряжения

сеть, в которую входят пользователи одного предприятия, находящиеся в разных помещениях, – это … вычислительная сеть

региональная

глобальная

всемирная

сеть, в которую входят пользователи одного района, города или региона, – это … вычислительная сеть

глобальная

всемирная

система компьютеров, объединенных каналами передачи данных, – это …

информационно-вычислительная система

система распределенной обработки данных

скорость считывания данных из ячейки оперативной памяти измеряется …

• в герцах
• в секундах

в ваттах

не относятся к диалоговым средствам

и диалоговые средства – это разные, совершенно несопоставимые группы технических средств

относятся к диалоговым средствам

(некоторые, но не все) относятся к диалоговым средствам

суперскалярный процессор имеет …

два и более конвейеров

только три конвейер

только два конвейера

только один конвейер

тактовая частота модулей памяти ddr dram приблизительно находится в диапазоне …

• 25–50 МГц
• 50–75 МГц

100 и более МГц

универсальность информационно-вычислительной сети означает …

• количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени
• среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени
• обеспечение выполнения всех предусмотренных функций и по доступу ко всем ресурсам, и по совместной работе узлов, и по реализации всех протоколов и стандартов работы

возможность подключения к сети разнообразного технического оборудования и программного обеспечения от разных производителей

устройства, подключаемые к системному блоку, называются …

устройствами сопряжения

периферийными устройствами

интерфейсными устройствами

устройства сопряжения предназначены для подключения …

• системных устройств
• стандартных периферийных устройств
• нестандартных периферийных устройств

периферийных устройств узкой специализации

частота … является опорной для генератора тактовых импульсов

системной шины

шины USB

Выбор правильного генератора для вашего микроконтроллера

Внутренний или внешний? Кварц или керамика? Кварцевый генератор или кремниевый генератор? Так много вариантов тактовой синхронизации. какой из них подойдет для вашего проекта?

Варианты генерирования тактового сигнала

Каждому микроконтроллеру нужен источник тактового сигнала. Процессор, шина памяти, периферия – тактовые сигналы находятся внутри микроконтроллера. Они определяют скорость, с которой процессор выполняет инструкции, скорость передачи сигналов по последовательной связи, количество времени, необходимое для выполнения аналого-цифрового преобразования, и многое другое.

Всё это тактирующее действие приводит к источнику тактового сигнала, а именно к генератору. Поэтому вам необходимо убедиться, что ваш генератор сможет поддерживать любую производительность, которую вы ожидаете от своего микроконтроллера. Однако, в то же время некоторые варианты генераторов более сложны или дороги, по сравнению с другими. Поэтому ваш выбор генератора должен также основываться на важности снижения затрат и сложности, когда это возможно.

Существует довольно много способов формирования тактового сигнала для микроконтроллера. Техническое описание для вашего конкретного устройства должно содержать достаточно много информации о том, какие типы генераторов вы можете использовать, и как реализовать их таким образом, чтобы это было совместимо с аппаратным обеспечением устройства. В данной статье основное внимание будет уделено преимуществам и недостаткам различных источников тактовых импульсов, чтобы вы могли осмысленнее сделать выбор среди вариантов генераторов, описанных в техническом описании на ваш микроконтроллер.

Итак, давайте начнем со списка, а затем обсудим каждый вариант:

• внутренний:
  • обычно (насколько я знаю, всегда) схема резистор-конденсатор;
  • петля фазовой автоподстройки частоты с дальнейшим умножением частоты;
• внешний:
  • генератор на CMOS логике;
  • кварцевый резонатор;
  • керамический резонатор;
  • резистор-конденсатор;
  • только конденсатор.

Внутренние генераторы: принцип KIS

Я сторонник принципа KIS («Keep it simple», «не усложняй»), следовательно, я высоко ценю внутренние генераторы и призываю вас использовать внутренний генератор, когда это возможно. Внешние компоненты не требуются. Вы можете смело предположить, что частота соответствует выбранной, поскольку генератор был разработан теми же людьми, что всё остальное в микроконтроллере. Кроме того, основные технические характеристики – например, начальная точность, коэффициент заполнения (скважность), зависимость от температуры – (будем надеяться) указаны непосредственно в техническом описании.

Основным недостатком внутренних генераторов является малые точность и стабильность частоты. Частота зависит от значений пассивных компонентов, составляющих схему генератора, а допуски для значений этих пассивных компонентов не особенно жесткие. Кроме того, на емкость и сопротивление влияет температура окружающей среды, поэтому внутренние RC-генераторы подвержены температурному дрейфу, то есть изменения температуры приводят к изменениям частоты.

По моему опыту, многие приложения могут терпеть недостатки внутреннего генератора, особенно когда частота была откалибрована на заводе. В старых микроконтроллерах частота внутреннего генератора может иметь допуск до ±20%. Однако более новое устройство может дать вам точность ±1,5% (или лучше), что достаточно точно для связи по RS-232 и даже (в сочетании со схемой восстановления тактового сигнала) для USB.

Другим способом расширения возможностей внутреннего генератора является ручная «подстройка» – если у вашего микроконтроллера есть регистр подстройки/калибровки, вы можете регулировать частоту, изменяя значение в этом регистре. Это очень практичный метод для небольших проектов: просто измерьте тактовую частоту с помощью осциллографа или частотомера, а затем, соответствующим образом, подстройте генератор.

Разновидностью внутреннего генератора является использование петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, PLL). ФАПЧ позволяет низкокачественному высокочастотному внутреннему генератору извлекать выгоду из стабильности и точности внешнего генератора. В целом, ФАПЧ не помогает вам избежать внешних компонентов, поскольку для нее требуется эталонный тактовый сигнал, который обычно получают с помощью кварцевого резонатора. Тем не менее, если у вас где-то на плате есть высококачественный тактовый сигнал, но вы не хотите использовать его для микроконтроллера, потому что он слишком медленный, вы можете использовать PLL, чтобы умножить этот тактовый сигнал до приемлемой частоты.

Генератор на CMOS логике

Другой простой способ синхронизации – это так называемый «генератор CMOS логике», который подпадает под категорию «из-за отсутствия лучшего термина». «Генератор CMOS логике» – расплывчатый (хотя и удобный) способ обращения к любому тактовому сигналу, создаваемому каким-либо другим компонентом на плате. Генератор CMOS логике – это отличный вариант, если в вашем проекте уже есть генератор тактового сигнала с 1) подходящей частотой и 2) электрическими характеристиками, совместимыми с входной CMOS схемой тактового сигнала микроконтроллера. Однако часто это не так, поэтому давайте рассмотрим два варианта формирования тактовых импульсов на CMOS логике.

Во-первых, это «кварцевый генератор». Сейчас самое время указать, что кварцевый резонатор – это не генератор; скорее, это центральный компонент схемы кварцевого генератора, который может выглядеть примерно так:

Кварцевый генератор

Кварцевые генераторы – это удобные устройства, которые состоят из кварцевого резонатора и дополнительной схемы, необходимой для генерирования стандартного цифрового тактового сигнала. Таким образом, вы получаете стабильность и точность кварца, не беспокоясь о нагрузочной емкости и тщательности компоновки печатной платы, необходимой для обеспечения надежной работы микроконтроллера с отдельным кварцевым резонатором.

Второй вариант – «кремниевый генератор». Этот термин относится к микросхемам генераторов, которые не основаны на кварцевых или керамических резонаторах. Эти устройства универсальны и просты в использовании, и они могут быть довольно точными. Например, для серии LTC6930 от Linear Tech требуется только один блокировочный конденсатор, а подавляющее большинство моделей таких микросхем обеспечивают точность номинальной частоты в пределах 0,05%:

Генератор тактового сигнала на микросхеме LTC6930-8.00 График распределения типового отклонения частоты

Кремниевые генераторы более надежны, чем кварцевые и керамические резонаторы, особенно в суровых условиях, подверженных ударам или вибрации. Но они дороже.

Кварцевые и керамические резонаторы

Если вам нужна действительно высокая точность и стабильность без дополнительных затрат на микросхему генератора на основе кварцевого резонатора, выбирайте вариант с одиночным кварцевым резонатором. На рынке широко доступны компоненты с допуском менее 20 миллионных долей (т.е. 0,002%). Схема генератора, показанная выше, частично интегрирована в микроконтроллеры, которые поддерживают конфигурацию с отдельным кварцем; вам нужно будет только обеспечить правильные нагрузочные конденсаторы. Общая емкость нагрузки (Cнагр.общ.) указывается в техническом описании на кварцевый резонатор, а нагрузочные конденсаторы выбираются следующим образом:

где Cпар. представляет любую паразитную емкость. Этот расчет на практике довольно прост: выберите разумное значение для Cпар. (скажем, 5 пФ), вычтите его из Cнагр.общ., и затем умножьте результат на два. Таким образом, если техническое описание указывает нагрузочную емкость 18 пФ, мы имеем

[C_ = C_ = (18пФ — 5пФ) cdot 2 = 26 пФ]

Керамические резонаторы менее точны, чем кварцевые; допуски обычно составляют от 1000 до 5000 милилонных долей. Они могут сэкономить вам несколько центов, если вам не нужна точность кварца. Но, на мой взгляд, главное преимущество заключается в том, что вы можете получить керамические резонаторы со встроенными нагрузочными конденсаторами.

Последний и наименее распространенный.

Существует не так много ситуаций, когда требуется генератор на внешних резисторе-конденсаторе или только на конденсаторе. Если по какой-то причине вам не подходят варианты внешних генераторов, рассмотренные выше, выбирайте микроконтроллер с внутренним генератором и используйте его. Однако, если вы полны решимости откопать один или два пассивных компонента из своей коробки запчастей, обратитесь к техническому описанию микроконтроллера за инструкциями по подключению и проектированию схемы генератора. Ниже показаны примеры подключения компонентов, взятые из технического описания на микроконтроллеры C8051F12x – 13x от Silicon Labs:

Варианты использования внешних резисторов и конденсаторов для создания схемы тактового генератора микроконтроллера

И вы можете обратиться к странице 190 этого же технического описания для получения информации о выборе значений компонентов.

Заключение

Надеюсь, что теперь вы знаете достаточно, чтобы в следующий раз, когда вам нужно будет выбрать генератор для микроконтроллера, принять обоснованное и уверенное решение. Вот мои рекомендации в двух словах:

• используйте внутренний генератор, когда это возможно;
• используйте кремниевый генератор, если его точность адекватна, а стоимость приемлема – в противном случае, используйте кварцевый резонатор.

Генератор тактовых импульсов

Генератор тактовой частоты(генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах —ЭВМ,электронных часахитаймерах, микропроцессорной и другойцифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота — считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

[править] Типы генераторов

В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.

[править] Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота.

[править] Кварцевый

[править] Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подаче на её входную ногу сигнала с кварцевого резонаторабудет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Данное решение используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения).

[править] Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота — 14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 33 МГц, AGP — 66 МГц и не зависеть от частотыFSBпроцессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2 используют Т-триггерв режимесчётчикаимпульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

[править] Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие тактыпроцессора(«частоту»). В некоторых процессорах (например,Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП идешифраторомсигналов состояния процессора.

Кварцевый резонатор

Кварцевый резонатор,кварц— прибор, в которомпьезоэлектрический эффекти явлениемеханического резонансаиспользуются для построениявысокодобротногорезонансного элемента электронной схемы.

Несмотря на то, что вместо кварцачасто используются и другиепьезоэлектрики, например, керамика (Crystal oscillator), прилагательное «кварцевый» является общеупотребительным для всех таких устройств.

Принцип действия

Обозначение кварцевого резонатора на принципиальной электрической схеме

Кварцевые резонаторы на 27,14 МГц и 32768 Гц

Кварцевый резонатор извлечён из корпуса. Видно золочение противоположных плоскостей пластинки.

На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определённым образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.

Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.

Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создаёт во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивностивколебательном контуре.

Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии частоты. Это тоже соответствует поведению колебательного контура.

Эквивалентная схема

История

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями ЖакомиПьером Кюри.Поль Ланжевенвпервые использовал этот эффект в часовом резонаторегидролокаторапередпервой мировой войной. Первыйкристальныйрезонатор, работающий насегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компанииBell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовилкварцевыйрезонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позжеЛьюисом Эссеном(Louis Essen) и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—30-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед.

[править] Применение

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах. Резонансная частота часовых резонаторов 32768 Гц, поделённая на 15-разрядном двоичном счётчике, даёт интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приёмников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объёмного монтажа (стандартные и цилиндрические) и для поверхностного монтажа(SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная ёмкость, старение.

[править] Преимущества перед другим решениями

Достижение намного больших значений добротности (10 4 −10 6 ) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.

Малые размеры устройства (вплоть до долей мм).

Большая температурная стабильность.

Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

[править] Недостатки

Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами. Практически для многодиапазонных систем эта проблема решается построением синтезаторов частотыразличной степени сложности.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

• Главная
• Рубрикация
• Указатель А — Я
• Порталы
• Произвольно
• Журнал
• Редакторам
• • Ссылки сюда
  • Связанные правки
  • Загрузить файл
  • Спецстраницы
  • Версия для печати
  • Постоянная ссылка
  • Сведения о странице
  • Цитировать страницу
• • Читать
  • Просмотр
  • История

Тактовый сигнал

Содержание

• 1 Понятие синхросигнала
• 2 Частота тактового сигнала
  • 2.1 Как образуется тактовая частота
• 3 Тактовый сигнал в процессоре
• 4 См.также
• 5 Источники

Понятие синхросигнала

Тактовый сигнал или синхросигнал—это сигнал, использующийся для согласования операций одной или более цифровых схем.

Синхросигнал обычно имеет форму меандра. 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.

При декодировании он используется для определения скорости канала (например, 2,5 Гбит/с), а поток данных интерпретируется как последовательность нулей и единиц, передаваемых с частотой этого сигнала. Восстановленный тактовый сигнал также используется как точка отсчета для измерений джиттера. Точное восстановление тактового сигнала жизненно важно для определения корректности функционирования последовательного канала передачи данных. Главное достоинство этого метода состоит в том, что полученный опорный сигнал можно передать другому устройству или измерительному прибору для обеспечения синхронизации. Этот сигнал всегда можно использовать для синхронизации — в его передаче нет задержек по времени.

Частота тактового сигнала

Та́ктовая частота́ — частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, то есть количество синхронизирующих тактов, поступающих извне на вход схемы за одну секунду. Обычно термин употребляется применительно к компонентам компьютерных систем. В самом первом приближении тактовая частота характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду. Чем больше показатель тактовой частоты,тем выше производительность компьютера.

Период синхросигнала— отрезок времени между соседними переключениями, совершаемыми в одном и том же направлении.

Частота синхросигнала— величина, обратная периоду.

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

Коэффициент заполнения — величина, обратная скважности

Специалисты выделяют 2 разновидности тактовой частоты.

• Внешняя (влияет на обмен данными между платой оперативной памяти и процессором).
• Внутренняя (влияет на правильность и быстроту работы внутри процессора).

Интересен и тот факт, что до 1992 года эти два показателя, как правило, совпадали, и только в результате внедрения новых технологий специалистами известной компании Intel внутренняя частота была увеличена в 2 раза по сравнению с внешней. Примером такого достижения стал уникальный на то время процессор 80486DX2. Производитель представил общественности 2 вида такого процессора: один ― менее мощный (25/50 МГц), другой ― с большей производительностью (33/66 МГц). Это изобретение дало серьезный толчок, в том числе и для других производителей, и они начали активно разрабатывать и выпускать процессоры с заметно большей мощностью [Источник 1] .

Как образуется тактовая частота

Как известно, тактовые колебания образуются в результате действия кристалла кварца, находящегося в специальном контейнере. Данное устройство носит название «тактовый резонатор». Кристалл начинает работать только после подачи напряжения и образования колебания электротока. Далее эти колебания подаются на тактовый генератор., вследствие чего происходит преобразование колебаний электротока в импульсы, и они уже передаются на шины данных. Именно тактовый генератор отвечает за нужный такт функционирования всех компонентов ПК,включая шины, оперативную память и , конечно же, центральный процессор. Если тактовый генератор работает правильно,все компоненты также будут функционировать максимально синхронно и слаженно [Источник 2] .

Тактовый сигнал в процессоре

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет). Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше производительность процессора. Первые процессоры могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие частоты, некоторых процессоров уже превосходят 500 МГц. 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.

Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100-133 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и более. [Источник 3] .

Источник: nevinka-info.ru