Taktgeber
Ein Taktgeber erzeugt in einem Computer einen Systemtakt. Der Systemtakt dient zur Steuerung und Synchronisation des Datenflusses innerhalb eines Computersystems. An diesem Systemtakt richten sich die einzelnen Komponenten aus, um die Gültigkeit von Signalen zu einem bestimmten Zeitpunkt oder innerhalb eines bestimmten Zeitraums annehmen zu können.
Takt erzeugen
Der Taktgeber kann im Hauptprozessor enthalten sein, muss es aber nicht. Grundsätzlich muss man zwischen Hauptprozessoren unterscheiden, die einen integrierten Taktgeber haben und ihren Takt von außen bekommen. Egal wie der Takt erzeugt wird, er wird immer vom Prozessor-Hersteller festgelegt.
Hat der Hauptprozessor eine Eigentaktung, dann wird der Takt in der Regel von einem internen RCL-Oszillator erzeugt, der aber sehr ungenau ist. Deshalb wird die Frequenz des RCL-Oszillators durch 100 geteilt und mit der Frequenz eines außen anliegenden Quarzes verglichen. Stimmt die Frequenz nicht überein, wird die Frequenz des RCL-Oszillators mit einer angelegten Spannung korrigiert, bis sie mit dem Quarz übereinstimmt.
Bei einem größeren System wird von einem Quarz (~14 MHz) ein Systemtakt erzeugt. Mit Hilfe eines PLL-Chips (Phase Locked Loop) werden weitere Takte für andere Teile des Systems erzeugt. Der PLL-Chip ist mit Steuereingängen versehen, die vom BIOS angesprochen werden. So kann man im BIOS für verschiedene Komponenten unterschiedliche Frequenzen einstellen.
Multiplikator
Die Taktfrequenz eines Prozessors ergibt sich in der Regel aus dem internen Bustakt, der vom Systemtakt abgeleitet ist, und einem Multiplikator. Über den Multiplikator wird von einem Grundtakt auf einen höheren Takt hochgerechnet, mit dem der Hauptprozessor tatsächlich arbeitet.
Taktfrequenz / Taktrate
Der Takt bzw. die Taktfrequenz wird in der Einheit Hertz, kurz Hz, angegeben. Ein Vielfaches davon ist Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz), Gigahertz (GHz) usw.
1 Hertz (Hz) 1 Kilohertz (kHz) = 1.000 Hertz 1 Megahertz (MHz) = 1.000.000 Hertz 1 Gigahertz (GHz) = 1.000.000.000 Hertz 1 Terahertz (THz) = 1.000.000.000.000 Hertz ...
Asynchrone Systeme
Nachteile eines zentralen Systemtakts:
- Der Taktgeber einer (synchronen) CPU läuft ständig.
- Der Takt muss im Gesamtsystem verteilt werden.
- Der Stromverbrauch ist höher als nötig.
- Schneller getaktete Baugruppen werden durch langsamere ausgebremst.
Eine Alternative sind asynchrone Systeme. Hier gibt es keinen zentralen Takt. Aber, wie wird der Daten- und Signalverkehr dann gesteuert? Und woran kann eine Komponente erkennen, dass ein Signal vollständig anliegt?
Eine mögliche Lösung: Benutzung von Pipelines mit lokaler Kommunikation an den Übergabepunkten auf Basis von Request und Acknowledgement (Handshake-Verfahren). Allerdings besteht hierbei die Schwierigkeit der Integration in eine synchrone Umgebungen.
Hinweis: Verteilte Systeme arbeiten in der Regel asynchron. Das bedeutet, die Kommunikation findet mit verschiedenen Übertragungssystemen und Protokollen statt. Auf diese Weise arbeiten verteilte Systeme in der Netzwerk- und Kommunikationstechnik zusammen.
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