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CPU的时钟信号是如何产生的

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 什么是时钟脉冲？为什么CPU需要时钟？ CPU的时钟信号是如何产生的？ 0
2021-10-20 07:21:14　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × elecfans 该类别下有 7 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 7 个回答。邀请回答 dsgfa 该类别下有 6 个回答。邀请回答细水爱长流该类别下有 6 个回答。邀请回答深海零下一度1 该类别下有 6 个回答。邀请回答 mingodong 该类别下有 6 个回答。邀请回答 h1654155199.5148 该类别下有 6 个回答。邀请回答 ZQW发烧友该类别下有 6 个回答。邀请回答安立路该类别下有 6 个回答。邀请回答国名英雄XXX 该类别下有 6 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 6 个回答。邀请回答冰箱洗衣机该类别下有 6 个回答。邀请回答 lifei639156 该类别下有 6 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 6 个回答。邀请回答 szj0213 该类别下有 6 个回答。邀请回答 60user103 该类别下有 6 个回答。邀请回答 w97669665 该类别下有 5 个回答。邀请回答 riverdj 该类别下有 5 个回答。邀请回答 hisysteeoke 该类别下有 5 个回答。邀请回答 hzp_bbs1 该类别下有 5 个回答。邀请回答举报李秀珍相关推荐 • 请问能用FPGA自己产生时钟信号吗？ 4946 • 请问同一频率不同相位的时钟信号如何产生？ 3271 • 如何产生时钟速率可调的信号 10010 • CPU的时钟来源是什么 2711 • 请问FPGA PLL产生的时钟信号和AD9779A的数据时钟信号的相位关系？ 328 • TMS320F28335时钟威廉希尔官方网站的主频时钟产生过程是怎样的 1254 • 如何产生500MHz的时钟信号？ 2716 • 请问DSP和FPGA的时钟信号如何产生？ 257 • AD7767主时钟由STM32提供80KHz时，DRDY信号产生异常是什么问题？ 256 • 需要5GHz的时钟信号，但实验室的信号发生器不能产生该频率的信号，请问大家有好一点的方法产生5GHz的时钟信号吗？ 4799 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　什么是时钟脉冲，CPU为什么需要时钟，时钟信号是怎么产生的？　　首先知道什么是脉冲　　　　上图的一个方波称为一个脉冲，类似于人类的脉搏跳动。对于每一个方形脉冲，电压或威廉希尔官方网站从0上升到最大值的那条线叫做上升沿；反之，电压或电流逐渐下降的那条线叫做下降沿。一个脉冲称为CPU的一个时钟信号，或者时钟脉冲。一个脉冲周期就叫CPU时钟周期，一个时钟周期内时钟信号震荡一次。　　脉冲的单位　　两个脉冲相继出现的间隔时间，就是脉冲周期，它是频率的倒数；而将在单位时间（1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。　　频率的单位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。　　其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。　　计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：s（秒）、ms（毫秒）、μs（微秒）、ns（纳秒）　　其中：1s=1000ms，1 ms=1000μs（微秒），1μs=1000ns。　　CPU一定需要时钟吗？　　CPU可以有时钟，也可以没有时钟。使用时钟工作的CPU被称为同步CPU （synchronous CPU），而不使用时钟工作的CPU被称为异步CPU （asynchronous CPU）。目前市面上广泛销售的CPU都是同步CPU。异步CPU要比同步CPU更快，因为异步的CPU接到输入立马就响应然后输出，不需要同步等待其他信号，用的时间更少，所以异步CPU快于同步CPU。那么为什么大多数的CPU采用时钟的方式呢？是因为异步CPU设计起来极为复杂，虽然在时间上可以有些优势，但是如果在纳秒这个级别，快100ns甚至1000ns对于人来说几乎是感觉不到的，却增加了威廉希尔官方网站设计的复杂程度，要知道CPU的威廉希尔官方网站逻辑本生就是人类一壮举，如果为了减少纳秒级别的时间，而增加本身就已经及其复杂的威廉希尔官方网站逻辑，无论是时间还是人力成本都会大大增加的。所以设计CPU的工程师们，一定比我们更清楚采用什么样的设计，同步CPU是更好的选择。　　为什么CPU需要时钟？　　前面我们知道目前市场上销售的CPU都是需要时钟的同步CPU，那么CPU为什么需要时钟呢？　　这里有一篇文章讲的很好，解释了为什么CPU需要时钟：为什么CPU需要时钟这种概念　　以下内容引自上面的文章　　首先考虑如下逻辑威廉希尔官方网站：　　　　当A=B=1时，Q=0。当输入信号发生变化时，逻辑元件不会立即对输入变化做出反应，会有一个传播时延（propagation delay）。当B变化为0时，由于B也作为XOR的直接输入，所以XOR异或门会立即感知一个输入变为0的状态变化，XOR输出变为了1。但是由于传播时延的作用，AND与门的输出会过一小段时间才变为0，XOR的输出会在变为1后隔一小段时间重现变为0。表现为下图就是这样：　　　　上面这种现象叫作空翻（race condition），即指输出中出现了一个不希望有的脉冲信号。　　一个简单的办法就是在输出端放置一个边沿触发器：　　　　边沿触发器的作用就是只有当CLK端输入从0变到1时，数据端D的输入才会影响边沿触发器的输出。这样，所有的传播时延都会被边沿触发器所隐藏掉，这时Q端的输出将变得稳定。比如：　　　　其中灰色的部分代表没有边沿触发器时的Q端输出状态。我们可以看出，当有了边沿触发器后，Q端的输出变得稳定，基本消除了传播时延。　　从上面的例子我们可以看出CPU为什么要时钟：目前绝大多数的微处理器都是被同步时序威廉希尔官方网站所驱动，而时序威廉希尔官方网站由各种逻辑门组成。正如上面说的那样，逻辑门需要一小段时间对输入的变化做出反应（propagation delay）。所以需要时钟周期来容纳传播时延，并且时钟周期应当大到需要容纳所有逻辑门的传播时延。　　当然，目前也有Asynchronous sequential logic，即不需要时钟信号做同步。但是这种异步逻辑威廉希尔官方网站虽然速度比同步时序威廉希尔官方网站快，然而设计起来比同步时序威廉希尔官方网站复杂的多，并且会遇到上面说的空翻现象（race condition），所以，现在绝大多数的CPU还是需要时钟做信号同步的。　　CPU的时钟是如何产生的？　　先知道什么是振荡器　　CPU的时钟信号就是一个脉冲，什么东西可以产生脉冲呢，那就是振荡器。在逻辑威廉希尔官方网站中，一个首尾相连的非门就构成了一个振荡器。记住下面这幅图的非门符号。　　　　只要把非门的输出和输入相连就可以构成一个振荡器。　　　　上面就是振荡器的逻辑威廉希尔官方网站图，下面就是振荡器的样子。　　　　那这个东西是怎么工作的呢？在了解这个振荡器怎么工作之前，还有一个东西需要知道，就是常闭触点的继电器。为什么要知道常闭触点继电器？因为一个非门的实现就是通过常闭触点的继电器来实现的。下图就是一个常闭触点的电磁继电器。　　　　我们在初中物理就知道，电能生磁，在电流周围会产生磁场，给铁通电就能就能让铁产生磁力，这就是电磁铁。图中有一个很大的线圈，只要在这个线圈的两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服弹簧的返回拉力被吸向铁芯，从而带动动触点与常闭触点分离，与常开触点接通。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，于是动触点与常闭触点恢复接通，与常开触点分离。这样的常闭触点继电器就是一个非门。因为它输入1，输出却是0. 　　现在的情况是打开电源开关，衔铁分离；断开电源开关，衔铁闭合，这样只可以振荡一次，想想如果将它的输出作为输入，它就可以分离，闭合，分离，闭合…，只要有电源，它就可以一直振荡下去。我们把这种输出作为下一次的输入的常闭触点继电器就叫做振荡器。　　所以，当电源通路的时候，衔铁臂会被吸引，威廉希尔官方网站断开。当威廉希尔官方网站断开，失去吸引力，衔铁臂恢复位置，威廉希尔官方网站又接通。所以，振荡器的输出在0和1之间交替变化，于是就会产生一个一个的脉冲，如下图。　　　　你可能会问，这东西又慢又大，怎么可能作为CPU的部件呢？　　确实，这东西不可能放进CPU中。说这个大家伙不过是为了更好理解振荡器是什么，这有助于对后面内容的理解。　　那CPU中是靠什么来产生一个一个的时钟脉冲呢？产生脉冲一定是振荡器，只不过在CPU中，振荡器不是靠电磁铁来实现了。CPU是一个IC（集成威廉希尔官方网站），它的时钟脉冲由晶振来产生。　　晶振　　这篇文章讲的很好：晶振的讲解及使用

2021-10-20 14:28:30 评论举报倪驰銮