INFORMAZIONI TECNICHE Clock

 

SOMMARIO

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Come agisce il clock sul microprocessore?

Si tratta di un segnale che commuta continuamente da un livello basso ad uno alto , molti milioni di volte al secondo ; per ogni ciclo , i circuiti interni del processore eseguono una operazione o parte di una operazione o piú operazioni a seconda di come sono stati disegnati . Il clock sincronizza l'esecuzione di tutte le operazioni all'interno del computer e consente di trasferire dati e segnali in modo corretto alle varie componenti del circuito .

Che cos'è il megahertz?

Il megahertz (MHz) è l'unità di misura della frequenza (o velocità del clock) alla quale il processare funziona ; indica quanti milioni di oscillazioni al secondo ( 1 oscillazione al secondo= 1 hertz [Hz]) sono generate dal clock .

Ci sono piú clock ?

Sicuramente . Ogni area del PC che contiene un processore o un microcontrollore che esegue una attivitá specifica , governata da un software o firmware (ad es. la scheda video , la scheda SCSI , la scheda di rete , l' orologio CMOS , ecc. ) necessita di un clock , che puó essere generato in loco o dipendere dal clock principale . Occorre anche prestare attenzione al fatto che il clock del processore e quello dei bus sono differenti .Ad es. , nelle attuali strutture PCI , il clock del bus é derivato dal clock della CPU e pari alla meta , ovvero se la CPU ha un clock di 66MHz , il bus PCI avrà un clock di 33MHz , sincronizzato con quello della CPU .

Cosa produce il clock ?
In generale il clock é prodotto da un apposito circuito integrato , la cui oscillazione é controllata da un cristallo di quarzo . Il cristallo di quarzo garantisce una elevata stabilita nel tempo e con il variare della temperatura ed una grande precisione nel valore della frequenza prodotta , quanto meno possibile influenzato dalla temperatura e dall' invecchiamento .
Nel passato si sono impiegati generatori di clock adatti a produrre un solo valore ; tipici erano gli oscillatori a quarzo in contenitore DIL metallico delle mainboard 386 e 486 : per cambiare valore si doveva sostituire l'intero oscillatore , di solito montato su zoccolo .

Clkg.JPG (17428 byte)

La tendenza attuale é quella di realizzare circuiti integrati particolari , studiati specificamente per questo impiego , contenenti sintetizzatori di frequenza programmabili , in grado di generare piú valori di clock da un solo quarzo . In questo modo non é piú necessario sostituire il generatore del clock , ma , attraverso alcuni jumper , si impostano le frequenze volute .
Nell'immagine un esempio tipico di questa soluzione , con un integrato della PhaseLink , tipo PLL52C64 .
In generale il quarzo di partenza é il 14.318MHz ; é stata scelta questa frequenza "strana" solo per il motivo che questo quarzo ha accompagnato il PC dalla sua nascita in quanto indispensabile per alcune temporizzazioni e quindi , trattandosi di un prodotto molto diffuso e costruito in milioni di pezzi , é anche estremamente economico oltre che ben collaudato . Nell'immagine il quarzo é il (grosso) particolare metallico a sinistra ; sul lato destro, ben visibile , un condensatore elettrolitico ed attorno un discreto numero di compenenti passivi (resistenze , indicate con R , e condensatori , indicati con C sulla serigrafia) necessari al funzionamento del circuito .

In line di massima i sintetizzatori piú recenti , partendo dal quarzo a 14.318MHz , generano le frequenze base per tutta la scheda madre, anche se si tratta di GHz. Da osservare che uno stesso circuito sintetizzatore puó produrre molteplici frequenze e non é detto che il costruttore della mainboard abbia implementato tutte le possibilitá , che restano latenti .
Maggiori informazioni a riguardo si trovano sui manuali delle mainboard , in quanto ogni progettista ha adottato un diverso generatore di clock (che non é quindi uno standard) e non é possibile generalizzare .

 

Cosa determina il fattore di moltiplicazione della CPU ?

Giá a partire dalle CPU 486 , é diventato comune avere per il processore un clock piú elevato di quello generale del sistema , moltiplicandolo per un fattore variabile da 1.5 in su all' interno della CPU stessa . Questo é possibile perché la struttura interna del chip puó essere progettata senza difficoltá in modo tale da poter operare con valori di clock molto piú elevati di quelli possibili al resto del circuito . La cosa é ovviamente vantaggiosa , in quanto piú veloce é il clock , piú breve é il tempo necessario per svolgere la serie di cicli che compongono una istruzione del software o una attivitá interna del processore ; piú clock , piú velocitá e quindi piú prestazione del sistema .
É ovvio che questo beneficio si estende solo all' interno della CPU , ovvero all'unitá logico-aritmetica (ALU) , al coprocessore matematico (FPU) , ai registri interni ed alla cache L1 e non interessa le altre parti del circuito del PC , se non indirettamente , attraverso le linee di controllo e di scambio dati del processore .
Come nel caso del clock , le recenti famiglie di CPU sono state progettate per disporre di piú valori possibili di moltiplicatore , onde permettere uno sviluppo semplice tra un modello ed il successivo e la maggior compatibilità possibile tra i vari modelli , legata al tipo di Socket usato (es. Socket7, ecc.) . Praticamente , la CPU ha alcuni pins di programmazione che determinano il valore del moltiplicatore ; questi pins vengono chiamati BF e possono essere uno , due o tre , cioè BF0 , BF1 , BF2 . La funzione dei pins BF é definita nel progetto della CPU e dipende quindi da come il chip é stato realizzato ; alcune CPU dispongono di uno solo di questi pins , la maggior parte di due e le piú recenti hanno tutti e tre ; inoltre , non in tutte le famiglie tutti i pins sono attivi oppure sono collegati a moltiplicatori diversi.. I pins BF hanno un pullup interno che li mantiene a livello alto (1) e sono portati a livello basso (0) con jumpers . 
Il valore dei BF viene rilevato solamente durante la fase di reset del processore ; questo per evitare qualunque problema durante il funzionamento del sistema . In ogni caso , é buona regola non modificare alcun jumper a sistema acceso .
Nel passato, l' impostazione del BF era manuale, oprata con jumper; ad esempio, la tabella seguente riporta le configurazioni tipiche dei pins BF :

BF2 BF1 BF0 CPU Intel AMD K6
1 0 0 2.5x 2.5x
1 0 1 3x 3x
1 1 0 2x 2x
1 1 1 1.5 o 3.5x 3.5x
0 0 0 - 4.5x
0 0 1 - 5x
0 1 0 - 4x
0 1 1 - 5.5x

Attualmente i BIOS sono strutturati per riconoscere in automatico il tipo di CPU installata ed applicare il giusto rapporto clock/moltiplicatore. Questi valori, su molte schede, sono poi alterabili manualmente dal setup del BIOS.

 

I test forniscono tutti i medesimi risultati ?

Sicuramente no . Alcuni test sono molto sintetici o semplicistici . Molti test , poi , sono di piccole dimensioni e finiscono per essere eseguiti nelle cache dei processori , senza verificare le altre componenti ; oppure sono molto superficiali ed i loro risultati sono affetti da approssimazioni grossolane ; oppure sono datati e sono tratti in inganno dalle moderne CPU che lavorano con modalità differenti dai più anziani 386 e 486 . In genere , comunque , qualsiasi risultato di un test va preso "con le molle" e le valutazioni conseguenti vanno ponderate alla luce dell’esperienza . Anche se i risultati dei test hanno più valore in senso comparativo piuttosto che assoluto , bisogna considerare con molta cautela le comparazioni tra sistemi diversi tra loro come contenuto hardware , perché le diverse componenti , in diverse situazioni o assemblaggi , possono dare origine a risultati fuorvianti . Test che verifichino con una certa serietà le prestazioni di un sistema , sono decisamente grandi e complessi e si basano sul far girare numerose parti di applicazioni comuni per ricreare condizioni di uso il più possibile vicine alla realtà . In ogni caso é possibile effettuare prove empiriche relative alle reali prestazioni di un sistema facendo girare una applicazione pesante (Adobe Premiere , Photosop , Autocad , ecc) e verificare i tempi con un cronometro . ( In questo tipo di approccio sono poco significativi i programmi che necessitano di interattivitá da parte dell' utente , come disegno e videoscrittura )

 


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