Quarz



  • hallo,

    also ein Quarz schwingt wenn man an ihn eine xVolt hohe spannung anlegt.
    ( keine Ahnung wie hoch die spannung sein muss im PC )
    Wenn der Quarz 1 Mio mal pro Sekunde schwingt hat der Prozessor eine
    Taktfrequenz von 1 Mega Hertz. Ein BEfehl braucht in der Pipeline Architektur
    dann 1 nanosekunde.

    Leider versteh ich nicht wie das mit dem Quartz funktioniert. Der Prozessor
    selber müßte doch viel wichtiger sein als der Quartz. Wie kann ein Quartz
    so wichtig sein ?



  • Du brauchst in synchronen Schaltwerksnetzen (also so ziemlich alles, was es an digitalen Prozessoren gibt) irgendwas, das dir ein periodisches (am besten rechteckfoermiges) Signal gibt, an dem du die Schaltung synchronisieren, bzw. takten kannst. Sowas nennt sich dann Oszillator. Kann man an sich auch aus einem Transistor mit ein paar Widerstaenden und Kondensatoren bauen oder du koenntest versuchen ganz schnell immer 2 Kabel zusammen und wieder auseinander zu halten...

    Ein auf einem Schwingquarz basierender Oszillator macht sich wegen seiner recht stabilen Frequenz ganz gut. Mit einem Quarz allein erreichst du aber nicht die hohen Taktraten in aktuellen PCs...



  • blurry333 schrieb:

    Der Prozessor selber müßte doch viel wichtiger sein als der Quartz. Wie kann ein Quartz so wichtig sein ?

    Wer behauptet dass das quarz wichtig wäre?



  • aber der Quartz liefert doch kein Rechtecksignal ?

    Was bringt der Takt ?

    Er liefert scheinbar nur rechteckförmige spannung . Toll.
    Aber was hat das mit den Befehlen zu tun.



  • blurry333 schrieb:

    Leider versteh ich nicht wie das mit dem Quartz funktioniert. Der Prozessor
    selber müßte doch viel wichtiger sein als der Quartz. Wie kann ein Quartz
    so wichtig sein ?

    Der Taktgeber ist halt nicht der begrenzende Faktor. Denk mal ans Übertakten. Man stellt den Takt höher, kämpft dabei aber gegen Überhitzung, Leckströme etc. die dafür Sorgen das der Prozessor falsche Ergebnisse liefert. Es gibt auch Geräte, die mit 10 Ghz und wahrscheinlich noch mehr getaktet sind, dort liegt das Problem nicht.

    blurry333 schrieb:

    Ein BEfehl braucht in der Pipeline Architektur
    dann 1 nanosekunde.

    Das ist auch eine etwas vage Aussage. Viele Befehle brauchen deutlich mehr als 1 Takt um ausgeführt zu werden. Die Pipeline alleine reicht nicht um auf einen durchschnittlichen cpi (cycles per instruction) von ca. 1 zu kommen. Da kommen dann superskalare Architekturen und out of order execution ins Spiel, wo man dann noch weniger Aussagen darüber treffen kann, wieviele Takte ein Befehl braucht, und ob nicht in einem Takt sogar mehrere Befehle gleichzeitig abgeschlossen wurden. Das läuft letztendlich auf das Hinaus, was Intel auch eingesehen hat Logik > GHz.

    Edit:

    blurry333 schrieb:

    aber der Quartz liefert doch kein Rechtecksignal ?

    Was bringt der Takt ?

    Er liefert scheinbar nur rechteckförmige spannung . Toll.
    Aber was hat das mit den Befehlen zu tun.

    Die Schaltungen werden von dem Takt synchronisiert. Das Rechtecksignal ist daher so wichtig, da die Schaltungen in der Regel bei der steigenden Flanke, bei der fallenden Flanke oder bei beidem reagieren können. Ein Beispiel wären die Register der CPU, die vielleicht bei einer steigenden Flanke den Wert annehmen der an den Eingängen angelegt wird. Die anderen Schaltungen müssen nun dafür sorgen das zum Zeitpunkt der steigenden Flanke des Taktes das richtige Signal an den Eingängen des Registers liegt. Woher das richtige Signal kommt kann sich dabei natürlich unterscheiden. Aus dem Speicher, von einem Rechenwerk etc. Das ist grob gesehen alles in dem Maschinenbefehl codiert, der die Weichen in der CPU setzt.



  • blurry333 schrieb:

    Wenn der Quarz 1 Mio mal pro Sekunde schwingt hat der Prozessor eine Taktfrequenz von 1 Mega Hertz. Ein BEfehl braucht in der Pipeline Architektur
    dann 1 nanosekunde.

    Eine Periode von einem Megahertz ist eine Mikrosekunde lang (nicht Nanosekunde).
    (Um es sich vorstellen zu können, gibt es einen Trick: Eine Nanosekunde kann man auf eine Sekunde skalieren, dann entspricht eine Mikrosekunde etwa einer Viertelstunde und ein 10 ms Festplattenzugriff dauert etwa 116 Tage, also etwa 4 Monate...)

    blurry333 schrieb:

    Leider versteh ich nicht wie das mit dem Quartz funktioniert...

    Dann lass es sein. Das ist zu kompliziert, um es in ein/zwei Sätzen zu erklären... Die Frage entspricht etwa der Frage, warum brauchen die Menschen eine Uhr und was soll das alles mit der Uhrzeit...



  • Hi,

    um es mal ganz einfach zu sagen,

    der Quarz fungiert als Taktgeber,
    damit der PC (CPU und andere Komponenten) auch ständig immer wieder erneut die Befehle
    ausführen kann, er ist also wie ein Motor (im weitesten Sinn)
    ohne Ihn könnten die fortlaufenden Befehle nicht abgearbeitet werden.

    Bleibt der Taktgeber stehen oder läuft langsamer dann steht eben alles still oder es geht halt langsamer.

    Aber wie schon gesagt, man sollte die Aussage als sehr allgemein und weitläufig betrachten
    (für alle die etwas mehr in der Materie stehen)

    Theoretisch könnte man auch Automation dazu sagen, ein immer wiedergehrender Anstoß einer Folge.



  • Ich würde sagen hier ist Grundwissen in Harware von Nöten.

    Stichworte:

    - NAND
    - FLIP-FLOP
    - Schwingkreis
    - Frequenzteiler / -multiplikator
    - IC



  • blurry333 schrieb:

    also ein Quarz schwingt wenn man an ihn eine xVolt hohe spannung anlegt.

    ne, das funktioniert etwas anders.

    ( keine Ahnung wie hoch die spannung sein muss im PC )

    in PCs werden keine quarze mehr verwendet sondern PLLs.



  • hustbaer schrieb:

    in PCs werden keine quarze mehr verwendet sondern PLLs.

    Das glaube ich nicht. Ich vermute, daß man PLLs mit Quarzen treibt. Würde zu den 1799.63MhZ gut passen.



  • hm.
    auch möglich.

    Würde zu den 1799.63MhZ gut passen.

    versteh ich jetzt nicht, inwieweit die frequenz da jetzt relevant ist. nen PLL mit RC oder LC kann man auf jede gewünschte frequenz einstellen. ebenso nen quarz, hängt ja nur von der grösse ab - oder täusche ich mich da?
    und wo kommen überhaupt die 1800MHz her? ist das das basis-takt von den clock-generatoren in modernen PCs?



  • hustbaer schrieb:

    Würde zu den 1799.63MhZ gut passen.

    versteh ich jetzt nicht

    Die Abweichung vom Sollwert. Alle PCs haben eine Taktfrequenz, die nicht genau die Frequenz ist, die auf der Verpackung steht. Aber die Abweichung ist sehr klein, niemals über einem Promille. Könnte vielleicht das sein, was man von dem billigsmöglichen Quarz-Schwingkreis zu erwarten hat.

    1800 stand auf der Verpackung von meinem.



  • Hi,

    das Problem bei Quarzen ist: es gibt einfach keine die bei 1,8GHz(ca.) schwingen. Daher wird gerade im Bereich von PCs, wo die Frequenz ja auch noch einstellbar ist, wohl üblicherweise mit PLLs gearbeitet.

    Grüße,



  • @volkard:
    Abweichung haste ja immer. Ein PLL mit RL/RC ist auch nicht automatisch genau. Bzw. vielleicht sogar noch ungenauer.

    @Con@n:
    Der Taktgenerator im PC liefert ja auch nicht die 1,8 GHz.
    Der liefert irgendwas niedrigeres, und der PC (EDIT: die CPU) multipliziert sich das dann hoch.



  • hustbaer schrieb:

    @volkard:
    Abweichung haste ja immer. Ein PLL mit RL/RC ist auch nicht automatisch genau. Bzw. vielleicht sogar noch ungenauer.

    Ich meinte, daß die große Genauigkeit für die Existenz eines Quarzes spricht, der die Referenzfrequenz für die PLL liefert.

    PCs haben wohl doch einen Quarz drin
    http://forum.chip.de/overclocking/pll-finden-249630.html

    Man spart wohl gerne PLLs Quarze ein und baut einen clock tree, statt Dutzende von verschiedenen Quarzen zu benutzen.
    http://www.elektronikpraxis.vogel.de/analogtechnik/articles/95218/?icmp=aut-artikel-artikel-50

    PLLs haben ja soo viele Vorteile
    http://www.scantec.de/modules.php?name=News&file=article&sid=397


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