Mit jelent memóriáknál, processzoroknál az órajel?

Jó öreg Z80 proci példa:

[link]

Az ábrák idődiagramok, mindegyik tetején a "clock" az órajel. (Utasításlehívás, memória írás/olvasás, gépi ciklus.) A lényeg, hogy az alap órajel határozza meg minden más művelet ütemét, időzítését. (Ezért is fontosak pl. a memória vagy más áramkörök időzítési adatai, hogy az ilyen ábrákban illeszkedjenek egymáshoz a jelek, minden a kellő időtartományban történjen.)

Maga az órajel egy négyszögjel, hasonló a lámpában megjelenő feszültséghez, amit fel-le kapcsolgatsz folyamatosan.

Magyar Z80 cikk. (Itt 'CLK' az órajel az ábrákon.)

[link]

2: Marhára nem 1-1 az órajel - műveleti sebesség (hány műveletet tud végrehajtani másodpercenként) kapcsolata. Az igaz, hogy egy adott processzor családnál, ahonos hardver környezetben igaz, hogy a magasabb órajel magasabb műveleti sebességet jelent. De az órajel nem adja meg, hogy hány műveletet tud végrehajtani másodpercenként. Még az erre nagyon optimalizált gyors RISC (és DSP) prociknál is legalább 3-4-5 órajel szükséges 1 művelet végrehajtásához.

Nagyon leegyszerűsítve az órajel az egy "alapütem". Ez szinkronizálja az egyes áramkörök működését. Kb. egy táncnál a zene ritmusa. Képzeld el a következőt: van egy dob amelyiket egyforma időközönként megütnek. És minden dobütésre történik valami, de csak dobütésre. Pl. 1. ütésre lépünk egyet jobbra, 2. ütésre lépünk egyet jobbra, 3. ütésre lépünk egy balra, 4. ütésre tapsolunk egyet. Utána a követketőre megint egyet jobbra, majd megint egyet jobra, majd egyet balra, taps. jobbra-jobbra-balra-taps Így mindenki pontosan egyszerre fog lépni, és 4 dob ütésenként haladunk egy lépést jobbra.

Na nagyjából ezt csinálja az órajel is. Ilyenkor az elektronikák egy "nagyon elemi" "lépést" csinálnak, és történik valami. Egy "számunkra értelmes művelet" több órajel ciklust igényel (ld. fenti táncpéldánál az "értelmes művelet" hogy haladunk, de mint láttuk a példában a dob sebbességének negyedével).

Nyilván a fenti példában ha felgyorsítjuk a dobot gyorsabban fogunk haladni. Aztán lesz egy olyan "sebbesség" amikor már a táncban résztvevők elkezdenek egyre többet hibázni, vagy valaki lemarad és már nem tudja követni, na ugyanez lesz itt is, mert ez lesz a "maximális órajel frekvencia" amit még képes követni a rendszer. És amiben még a fenti táncos példa "jó" azt is lehet látni minnél gyorsabb a dob annál gyorsabban fáradnak a táncosok, elkezdenek izzadni, melegük lesz. Na az elektronikák is minnél gyorsabb az órajel annál jobban melegszenek. És itt kell majd megtalálni az optimumot (a maximumot láttuk, ahol már "hibázik" az elektronika mert valameiky részegység lemarad), van a melegedés... Ez fogja meghatározni a tényleges maximális órajelet.

Nyilván a minnél magasabb órajel annál gyorsabb elv igaz, DE! Nem biztos, hogy egy adott esetben kell a magasabb órajel.

Valamikor nagyon régen amikor ez kialakult (1950-es évek elejéről beszélünk, mert akkor kezdtek terjedni az ún. szinkron számítógépek, előtte még vegyes volt nagyon a kép, de az 50-es éveke elejétől kevés kívételtől eltekintve már csak szinkron /órajelet tartalmazó/ számítógépek épültek, bár még a 60-as évek végéből is ismerünk aszinkron /órajelet nem tartalmazó/ számítógépeket.), már akkor rájöttek, hogy a memória "általában lassabb" mint a CPU és az független külön vezérlő jellel (sokáig ezt nem is nevezték órajelnek) működjön. Ma is igaz, hogy a memória és a CPU órajele nem feltétlenül azonos. De, hogy melyik mennyi tud lenni, azt az alaplap határozza meg, és ehhez kell CPU-t és memóriát választani. Vagy ha a sebesség fontos, akkor CPU-hoz, memria sebességhez kell alaplapot választani.

(és tudom, hogy a bemutatott táncos példa nem 100%-ig állja meg a helyét, de ez legalább nagyjából pontos, és látványos).

Katonákat képzelj el. Egy kettő egy kettő ez kell a meneteléshez.

Így szinkronizáljak az alkatrészek magukat és ez adja a vezérlést.

Összesen ennyi, nem több nem kevesebb. Az már más kérdés ha te menetelsz melletted egy 5 éves gyerek akkor te jobban haladsz, ugyanez van a számítógépben is, az hogy egy vezenyszora mi történik az igencsak számítógép függő