Erzeugung der Taktfrequenz (Prozessor)
Dirk Redlich
ich brauche unbedingt eine Erläuterung über die Erzeugung der Taktfrequenz
für den Prozessor und den Systembus.
Wer von euch kann mir helfen???
Viele Grüße,
Dirk
Wolfgang Eberle
"Dirk Redlich" <dirkr...@hotmail.com> schrieb:
> ich brauche unbedingt eine Erläuterung über die Erzeugung der Taktfrequenz
> für den Prozessor und den Systembus.
Allgemeiner kann man diese Frage jetzt aber auch nicht mehr stellen :-(
> Wer von euch kann mir helfen???
Ich probier's mal mit Fragen. Was interessiert Dich denn?
- wo die Takterzeugung geschieht (im Chip, auf dem Board),
- wie verschiedene Taktfrequenzen voneinander abhängen (Frequenzgenauigkeit,
Phasenlage, Jitter),
- wie die Schaltung für einen Oszillator aussieht,
- wie man die Amplitude für den Oszillator regelt,
- wie sich Lastabhängigkeiten (Stromverbrauch des Prozessors) auswirken,
- wieviel störende Abstrahlung entsteht,
- geht's um einen Laptop, einen Desktop PC, Playstation oder ein Handy
Ok, jetzt liegt der Ball wieder bei Dir :-)
Wolfgang
Rüdiger Schmucker
"Dirk Redlich" <dirkr...@hotmail.com> schrieb im Newsbeitrag
news:a36d9h$15b5ss$1...@ID-119607.news.dfncis.de...
> Hallo Ihr,
>
> ich brauche unbedingt eine Erläuterung über die Erzeugung der
Taktfrequenz
> für den Prozessor und den Systembus.
>
Also: Auf dem Board sitzt ein Quartz. Das tickt mit 14 MHz bis 20 MHz und
gibt so den Grundtakt vor.
Und daraus wird durch eine Multiplikationsschaltung der Systemtakt, z.B.
133 MHz.
Aus diesem Takt werden dann die anderen Takte auf der Platine (66MHz AGP,
33 MHz PCI, 12MHz ISA, etc.) gebildet.
Der Prozessor nimmt ebenfalls die 133 MHz und multipliziert sie intern
nochmal hoch auf z.B. 800 MHz oder gar 3 GHz...
Aber alles basiert auf dem einen Grundtakt von 14 MHz bis 20 MHz...
oder was willst Du genau wissen?
R
David Kastrup
> "Dirk Redlich" <dirkr...@hotmail.com> schrieb im Newsbeitrag
> news:a36d9h$15b5ss$1...@ID-119607.news.dfncis.de...
> > Hallo Ihr,
> >
> > ich brauche unbedingt eine Erläuterung über die Erzeugung der
> Taktfrequenz
> > für den Prozessor und den Systembus.
> >
>
> Also: Auf dem Board sitzt ein Quartz. Das tickt mit 14 MHz bis 20 MHz und
> gibt so den Grundtakt vor.
Es tickt nicht, sondern ist zwischen zwei Elektroden eingespannt
(dünne Scheibe). Durch elektrische Felder angeregt, führt es
mechanische Schwingungen geringer Amplitude durch. Deren
Resonanzfrequenz wird als Taktgeber verwendet. Es ist bei Frequenzen
dieser Größenordnung auch i.a. nicht die Grundfrequenz des Kristalles,
mit dem die Schwingung abläuft, sondern eine bestimmte Oberwelle.
--
David Kastrup, Kriemhildstr. 15, 44793 Bochum
Email: David....@t-online.de
Dirk Redlich
> Ich probier's mal mit Fragen. Was interessiert Dich denn?
>
> - wo die Takterzeugung geschieht (im Chip, auf dem Board),
> - wie verschiedene Taktfrequenzen voneinander abhängen
(Frequenzgenauigkeit,
> Phasenlage, Jitter),
> - wie die Schaltung für einen Oszillator aussieht,
> - wie man die Amplitude für den Oszillator regelt,
> - wie sich Lastabhängigkeiten (Stromverbrauch des Prozessors) auswirken,
> - wieviel störende Abstrahlung entsteht,
> - geht's um einen Laptop, einen Desktop PC, Playstation oder ein Handy
>
> Ok, jetzt liegt der Ball wieder bei Dir :-)
>
> Wolfgang
>
>
Hallo Wolfgang,
ich brauche genau das was du mir geschrieben hast. Bei der Frage handelt es
sich um eine Aufgabenstellung für ein Projekt in meiner Ausbildung. Es geht
um einen Desktop PC. Es wäre toll, wenn du mir das erklären/ erläutern
könntest.
Dirk
Rüdiger Schmucker
"David Kastrup" <David....@t-online.de> schrieb im Newsbeitrag
news:x51yg8h...@tupik.goethe.zz...
> > Also: Auf dem Board sitzt ein Quartz. Das tickt mit 14 MHz bis 20 MHz
und
> > gibt so den Grundtakt vor.
>
> Es tickt nicht, sondern ist zwischen zwei Elektroden eingespannt
> (dünne Scheibe). Durch elektrische Felder angeregt, führt es
> mechanische Schwingungen geringer Amplitude durch. Deren
> Resonanzfrequenz wird als Taktgeber verwendet. Es ist bei Frequenzen
> dieser Größenordnung auch i.a. nicht die Grundfrequenz des Kristalles,
> mit dem die Schwingung abläuft, sondern eine bestimmte Oberwelle.
>
Wie weit wollen wir in die Tiefe gehen? Reichen Atome oder untersuchen Wir
dann doch die Unschärfe?
Das ein Quartz nicht ticken sollte ist mir auch klar.
Aber wenn er wissen will wie ein Quartz funktioniert dann wird er das
fragen.
Primär ist das PC-Bauteil mit den 2 Lötstellen und dem Metallgehäuse und
der Aufschrift "14,18633" oder so eben das, welches den Takt generiert...
und daraus werden dann die Takte generiert.
Manche PCs haben auch gleich 2 dieser Dinger an Bord, für verschiedene
Systemtakte gleichzeitig (Asnchroner Ram-Takt)
R
Wolfgang Eberle
> ich brauche genau das was du mir geschrieben hast. Bei der Frage handelt es
> sich um eine Aufgabenstellung für ein Projekt in meiner Ausbildung. Es geht
> um einen Desktop PC. Es wäre toll, wenn du mir das erklären/ erläutern
> könntest.
Na ja, dann fangen wir mal an:
> > - wo die Takterzeugung geschieht (im Chip, auf dem Board),
Bei einem Desktop auf dem Motherboard. Da findest Du einen diskreten Quartzbaustein
oder Quartzoszillator (da ist der Verstärker schon integriert). Der liefert dann
eine angenäherte Rechteckschwingung gewünschter Frequenz. Typischerweise liegt die
ziemlich tief, bei einigen zehn MHz.
> > - wie verschiedene Taktfrequenzen voneinander abhängen
Wie Du schon siehst, kann man damit keinen Pentium mit 900 MHz betreiben. Was
also passiert ist eine Erhöhung der Taktfrequenz mit Taktmultiplizierern, meist
immer noch auf dem Board. Damit erzeugt man dann Taktfrequenzen von z.B. 133 MHz.
Das ist das was auch parallele Bussysteme benutzen. Höher geht man meist nicht,
weil dann die Eigenschaften der Leiterbahnen einen zu großen Einfluß auf das
Signal haben (Signalintegrität; z.B. strahlen sie zu viel ab, oder ihre induktiven,
kapazitiven Eigenschaften führen zu Resonanzen oder zu viel Dämpfung).
Die Erhöhung auf die Endfrequenz (sagen wir mal 900 MHz, oder 1.5 GHz oder was
auch immer), passiert dann entweder in einem Prozessormodul oder im Prozessorchip
selbst, wieder mit Taktmultipliziern. Für ausreichende Genauigkeit oder z.B.
Anpassung der Taktfrequenz an den Maximaltakt des Prozessors sorgen z.B. sogenannte
Phasenregelkreise (phase locked loops).
> > (Frequenzgenauigkeit, Phasenlage, Jitter),
Thema Phasenregelkreise auf dem Chip für die Frequenzgenauigkeit.
Thema I/O-Portentwurf Chipdesign und Platinenentwurf für die Phasenlage.
Ports zwischen zwei Chips müssen sich synchronisieren. Unterschiedliche
Leiterbahnlängen zwischen Taktgeber und Chip 1 und Chip 2 rufen eine verschiedene
Phasenlage hervor (ja, es geht hier durchaus um Genauigkeiten im ns Bereich).
> > - wie die Schaltung für einen Oszillator aussieht,
Also schematisch: z.B. Quartz mit Verstärker. Der Quartz wird durch den Verstärker
angeregt, zuerst verstärkt der Verstärker thermisches Rauschen. Dieses Signal
regt den Quartz an, der aber nur bei bestimmten Frequenzen schwingt. Dadurch werden
alle anderen Frequenzen unterdrückt, der Verstärker verstärkt am Ende nur ein
Signal, das der Quartzfrequenz entspricht. Das muss dann bloss noch dem
gewünschten Signalpegel angepasst werden, also sinusförmig, oder rechteckig mit
TTL-Level oder ...
> > - wie man die Amplitude für den Oszillator regelt,
> > - wie sich Lastabhängigkeiten (Stromverbrauch des Prozessors) auswirken,
> > - wieviel störende Abstrahlung entsteht,
Lassen wir mal. So viele Details wirst Du hoffentlich nicht brauchen.
Wolfgang
Gregor Scholten
news:a38jbu$ads$1...@ns2.fe.internet.bosch.com:
> Also: Auf dem Board sitzt ein Quartz. Das tickt mit 14 MHz bis 20 MHz und
> gibt so den Grundtakt vor.
> Und daraus wird durch eine Multiplikationsschaltung der Systemtakt, z.B.
> 133 MHz.
wie funktioniert eine solche Multiplikation?
Wolfgang Eberle
"Gregor Scholten" <sm0...@uni-duisburg.de> schrieb im Newsbeitrag news:Xns91A6E98403A2Asm...@134.91.1.40...
Einfaches Beispiel:
1. man nehme eine Cosinusschwingung der Frequenz f, also z.B.
s(t) = cos(2pi f t) im Zeitbereich
2. man multipliziere diese Schwingung mit sich selbst, mit als Produkt
p(t) = s(t) * s(t)
3. "mathematisch gesehen" nutze man jetzt ein paar Additionstheoreme,
um das etwas umzuformen in:
p(t) = 1/2 * (1 + cos(2 pi f t))
und schon hat man eine Schwingung doppelter Frequenz (nebst einem
störenden Gleichspannungsanteil).
4. Die ungewünschten Produkte unterdrückt man (Filtern).
5. Nach dem Filtern verstärkt man das verbleibende gewünschte Produkt,
also z.B.
s2(t) = 2 * p(t) = cos(2 pi f t)
und schon hat man eine Schwingung doppelter Frequenz.
Diesen Ansatz kann man nun weiter verfolgen (mit beliebigen Mischprodukten).
Wolfgang
David Kastrup
Du nimmst einen spannungssteuerbaren Oszillator und teilst dessen
Ausgang durch den Multiplikationsfaktor. Das resultierende Signal
vergleichst Du mit dem Quarzsignal und das Ergebnis des Vergleichs
wird genutzt, um die Frequenz des Oszillators anzupassen. Je nach
Vergleichsmethode hast Du PLL (Phase-locked Loop) oder FLL
(Frequency-locked Loop).
Roland Damm
Wolfgang Eberle wrote:
> > > - wie verschiedene Taktfrequenzen voneinander abhängen
>
> Wie Du schon siehst, kann man damit keinen Pentium mit 900 MHz
> betreiben. Was also passiert ist eine Erhöhung der Taktfrequenz mit
> Taktmultiplizierern, meist immer noch auf dem Board......
Kleine Zwischenfrage: wie funktioniert das? Bei einem Radio soll es
wohl so funktionieren, daß ein Quartz eine (niedrige) Taktfrequenz
erzeugt - notfalls muß man den Takt heruntersetzen, was ja einfach
möglich ist (einfach nur jeden n-ten zählen). Daneben wird in einem
Schwingkreis ein Takt erzeugt, der dann ebenfalls heruntergesetzt
wird. Um wie viel, entscheidet die Elektronik ganz digital. Am Ende
werden die beiden Takte verglichen und der Schwingkreis so lange
nachgeregelt, bis er im richtigen Verhältnis zum Quartztakt liegt.
Aber da reden wir von ~100MHz und die Phasenlage ist auch egal.
Funktioniert das bei einem Computer ähnlich? Ein direktes
Multiplizieren ist doch gar nicht möglich, weil ich kann einer
Schaltung wohl kaum ein Startsignal geben (Taktflanke) un von ihr
verlangen, daß sie z.B. 5 gleichmäßige Takte erzeugt in der Zeit bis
ich ihr wieder ein Signal gebe. Wann das sein wird, weiß die
Schaltung aber noch nicht.
Es fällt mir schwer mir vorzustellen, wie ein Schwingkreis so genau
nachgeregelt werden kann, daß er auf bis zu 3GHz völlig frei schwingt
und nur alle x Takte mal abgeglichen werden kann. Und das dann bei
den beengten Platzverhältnissen auf der CPU (kein Platz für genaue
Widerstände und Kondensatoren).
?
CU Rollo