प्रोसेसर अपनी घड़ी की गति को कैसे नियंत्रित करते हैं?

Question

मैं हाल ही में सर्किट पर 2 ऑसिलेटर के साथ एक एसटीएम प्रोसेसर में आया था - मुझे लगता है कि एक उच्च गति के संचालन के लिए और दूसरा कम शक्ति के लिए।

एक डेस्कटॉप प्रोसेसर की तरह कुछ के लिए जहां घड़ी की गति को किसी भी वांछित आवृत्ति (कारण के भीतर) में बदला जा सकता है - यह शारीरिक रूप से कैसे करता है ?

Comments

जैसा कि एलेक्स का जवाब इंगित करता है, आधुनिक डेस्कटॉप सीपीयू आवृत्ति लगातार परिवर्तनशील नहीं है। यह आमतौर पर 100 या 133 मेगाहर्ट्ज के चरणों में जाता है। (संबंधित: कैसे एक आधुनिक x86 सीपीयू तय करता है कि आवृत्तियों को बदलने के लिए, अधिकतम रेटेड गति से ऊपर "टर्बो" के लिए, या अगर ओएस सीपीयू (इंटेल स्काईलेक) को बिजली प्रबंधन का पूर्ण नियंत्रण सौंपता है: एसकेएल एक ऑन-डाई है 486 के रूप में कई ट्रांजिस्टर के साथ माइक्रोकंट्रोलर, बस आवृत्ति निर्णय लेने के लिए: यह विलंब-लूप बिना नींद के साथ कई पुनरावृत्तियों के बाद तेजी से चलना क्यों शुरू करता है?

— पीटर कॉर्डेस

Answer 1

यह एक चरण-लॉक लूप , या पीएलएल नामक डिवाइस का उपयोग करके किया जाता है । यहाँ एक मूल PLL का ब्लॉक आरेख है:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

मदरबोर्ड पर थरथरानवाला सीपीयू घड़ी आवृत्ति पर नहीं चलता है, इसके बजाय यह 100 मेगाहर्ट्ज के आदेश पर एक आवृत्ति पर चलता है। यह थरथरानवाला केवल एक ज्ञात, स्थिर संदर्भ आवृत्ति के रूप में कार्य करता है। सीपीयू के अंदर, वास्तविक घड़ी आवृत्ति एक वोल्टेज-नियंत्रित थरथरानवाला , या वीसीओ द्वारा उत्पन्न की जाएगी । VCO को अपेक्षाकृत व्यापक सीमा पर आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए ट्यून किया जा सकता है, लेकिन अपने आप से यह विशेष रूप से स्थिर या सटीक नहीं है - किसी दिए गए नियंत्रण वोल्टेज के लिए, आवृत्ति अलग-अलग और आपूर्ति वोल्टेज और तापमान के साथ अलग-अलग होगी। एक चरण-बंद लूप फिर संदर्भ आवृत्ति के साथ एक विशिष्ट संबंध में VCO आउटपुट आवृत्ति को लॉक करने का कार्य करता है।

$f_{PFD} = f_{ref}/D = f_{out}/M$$f_{out} = f_{ref} * M/D$

उदाहरण के लिए, मान लें कि संदर्भ आवृत्ति 100 MHz है, संदर्भ 1 (D) से विभाजित है और VCO 30 (M) से विभाजित है। इसके परिणामस्वरूप 100 मेगाहर्ट्ज * 30/1 = 3 गीगाहर्ट्ज का आउटपुट फ्रिक्वेंसी होगा। इस संबंध को बस डिवाइडर सेटिंग्स को बदलकर बदला जा सकता है, जो नियंत्रण रजिस्टरों के माध्यम से सॉफ्टवेयर में किया जा सकता है। ध्यान दें कि फ्लाई पर आवृत्ति को बदलना केवल विभेदक मानों को बदलने के रूप में सरल नहीं हो सकता है, आवृत्ति को इस तरह से बदलना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सीपीयू किसी भी 'ग्लिच' या घड़ी के दालों को नहीं देखता है जो बहुत कम हैं। 2 PLL का उपयोग करना और उनके बीच स्विच करना, या अस्थायी रूप से घड़ी को बंद करना या किसी अन्य घड़ी स्रोत पर स्विच करना तब तक आवश्यक हो सकता है जब तक कि PLL नई आवृत्ति पर स्थिर नहीं हो जाता।

PLL का उपयोग निश्चित, स्थिर संदर्भों से सटीक, आसानी से ट्यून करने योग्य आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए सभी जगह किया जाता है। आपका वाई-फाई कार्ड और वाई-फाई राउटर उन्हें उपयुक्त चैनल का चयन करने के लिए उपयोग करते हैं, जिसे स्थानीय थरथरानवाला आवृत्ति कहा जाता है, जो सिग्नल को रेडियो में आंतरिक रूप से उपयोग और संशोधित डेटा को परिवर्तित करने के लिए उपयोग करता है। आपका FM रेडियो सबसे अधिक संभावना प्राप्त करता है जो विभिन्न स्टेशनों के आसान रिकॉल को सक्षम करते हुए प्राप्त आवृत्ति पर सॉफ़्टवेयर नियंत्रण को सक्षम करता है। PLLs का उपयोग ईथरनेट, पीसीआई एक्सप्रेस, सीरियल एटीए, फायरवायर, यूएसबी, डीवीआई, एचडीएमआई, डिस्प्लेपोर्ट, और कई अन्य आधुनिक धारावाहिक प्रोटोकॉल के लिए धारावाहिकों और डीसेरलाइज़रों को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली उच्च आवृत्ति घड़ी संकेतों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

Answer 2

पिछले उत्तरों के अलावा ...

आपका एसटीएम माइक्रो लगभग निश्चित रूप से वास्तविक समय की घड़ी के लिए दूसरा थरथरानवाला है। यह घड़ी को चिप के बाकी हिस्सों (कम से कम बिजली की खपत) को चालू रखने देता है और बाकी सर्किट नीचे संचालित होता है। डिवाइस तब अपनी घड़ी और कैलेंडर को चालू रख सकता है, और आमतौर पर यह मुख्य प्रोसेसर को एक टाइमर पर भी पुनरारंभ कर सकता है - एम्बेडेड उपकरणों के लिए सभी उपयोगी सामान।

Comments

वास्तविक समय की घड़ी आमतौर पर मुख्य घड़ी (32kHz विशिष्ट है) की तुलना में बहुत धीमी है, और इस वजह से, रीयलटाइम घड़ी थरथरानवाला और संलग्न परिधि बहुत कम वर्तमान खपत हो सकती है।

— मकिथ

@ घड़ी कम गति महत्वपूर्ण है, निश्चित है, लेकिन मुख्य रूप से यह है क्योंकि लगभग सभी प्रोसेसर बंद है।

— ग्राहम

ग्राहम, मूल सवाल यह है कि दो ऑसिलेटर क्यों हैं। प्रिंसिपल में, आप केवल एक थरथरानवाला के साथ आंशिक रूप से बंद हो सकते हैं और आप इस तरह से बहुत सारी बिजली बचाएंगे। कारण दूसरी कम गति थरथरानवाला है क्योंकि गतिशील बिजली की खपत रैखिक रूप से घड़ी की आवृत्ति के साथ सहसंबद्ध है। तो एक 32kHz सर्किट की गतिशील बिजली की खपत 10 MHz सर्किट की गतिशील बिजली की खपत से लगभग 300x कम होगी। घटी हुई घड़ी की गति जवाब का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, मेरी राय में।

— मैके

@mkeith यह "प्रिंसिपल" में नहीं है - यही कारण है कि यह आरटीसी के साथ हर चिप पर काम करता है। बेशक आरटीसी हिस्सा गति को बचाने के लिए कम गति थरथरानवाला का उपयोग करता है। लेकिन RTC भाग कभी तेज थरथरानवाला घड़ी का उपयोग नहीं करता है - यह सिलिकॉन के एक ही टुकड़े पर एक पूरी तरह से अलग सर्किट है; और इसी तरह बाकी चिप कभी भी धीमी ऑसिलेटर घड़ी का उपयोग नहीं करता है। आरटीसी स्वयं धीमी घड़ी दर पर चलकर कम शक्ति का उपयोग करता है, निश्चित रूप से, लेकिन बाकी पूरी चिप 100% संचालित है और शून्य वर्तमान (ठीक है, रिसाव वर्तमान के नैनो, लेकिन यह सब है) ले रही है।

— ग्राहम

@ एमकेथ ज़रूर, और मैं सहमत हूं (हालांकि आरटीसी क्रिस्टल की आवृत्ति ऐतिहासिक रूप से घड़ियों और घड़ियों में क्वार्ट्ज इलेक्ट्रो-मैकेनिकल आंदोलनों से होती है, इलेक्ट्रॉनिक्स में बिजली की बचत से नहीं)। मैं सिर्फ ओपी के लिए स्पष्ट करना चाहता था कि धीमी घड़ी मुख्य प्रोसेसर पर "कम-शक्ति" मोड के लिए नहीं है - यह पूरी तरह से अलग परिधीय के लिए है।

— ग्राहम

Answer 3

बहूत सावधानी से !

सीपीयू के पास काउंटर ड्राइव करने के लिए बाइनरी प्रोग्रामेबल प्रीस्कूलर और एक पीएलएल है ताकि यह फ्रंट-साइड-बस, एफएसबी घड़ी (100MHz कहे) को गुणा कर सके।
सीपीयू का उपयोग सही सीपीयू ड्राइवरों, सीपीयू, ओएस और BIOS के साथ कम होने पर यह डायनेमिक पावर सेविंग मोड स्वचालित रूप से चयनित होता है।

मेरा i7 (8cpu) 3101 मेगाहर्ट्ज से 800 मेगाहर्ट्ज तक चला जाता है और तुरन्त 1100, 1300,1500 इत्यादि चरणों को पूरा करता है।

अगर Bios मेरे मामले में x31 को चुनता है, तो CPU 100MHz x 3100MHz पर चलता है और CPU में बाइनरी काउंटर के साथ x8 से x15 तक CPU पावर कम करने के लिए x8 से चुनता है क्योंकि यह 0.9V में CPU चिप वोल्टेज को नियंत्रित करता है। क्षेत्र सभी को शक्ति संरक्षण के लिए।

मैं अपने कर्सर को Win8.1 पर ऊपरी दाहिने कोने में CPU% और मेमोरी% के साथ प्रदर्शित कर सकता हूं