Taktgeber

Ein Taktgeber erzeugt in einem Computer einen Systemtakt. Der Systemtakt dient zur Steuerung und Synchronisation des Datenflusses innerhalb eines Computersystems. Am Systemtakt richtigen sich die einzelnen Komponenten aus, um die Gültigkeit von Signalen zu einem bestimmten Zeitpunkt oder innerhalb eines bestimmten Zeitraums annehmen zu können.
Grundsätzlich muss man zwischen Prozessoren unterscheiden, die eine Eigentaktung haben und solchen, die ihren Takt von außen bekommen. Egal wie der Takt erzeugt wird, er wird immer vom Prozessor-Hersteller festgelegt.

Takt erzeugen

Hat der Prozessor 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.

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 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.

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