¿La velocidad de las señales eléctricas siempre es constante dentro de una CPU? [cerrado]

1

Los microprocesadores se basan en suposiciones sobre el tiempo que tardan las señales eléctricas en propagarse a través de circuitos lógicos combinacionales. Por lo que tengo entendido al leer "Diseño moderno del procesador", el funcionamiento correcto parece requerir que las señales no tomen mucho tiempo ni sean demasiado cortas para llegar a su destino. Sé que las señales eléctricas viajan aproximadamente a la velocidad de la luz.

Esto me hizo preguntarme: ¿el tiempo de señal dentro de una CPU es constante? ¿O depende de, por ejemplo, ¿La temperatura de la CPU o alguna otra variable? Me parece que esto introduciría complicaciones necesarias en el diseño.

    
pregunta user56834

2 respuestas

5

Las ondas electromagnéticas viajan a una fracción de la velocidad de la luz, dependiendo de la constante dieléctrica del medio por el que se propagan. Si tuviera componentes ideales (trazas sin pérdida, elementos del circuito que cambian instantáneamente, fuentes de alimentación sin impedancia interna, sin ruido en su señal, etc.) tal vez podría acercarse a estas velocidades. La realidad es que las no-idealidades de los circuitos dominarán el rendimiento. Las señales en un procesador moderno estarán limitadas por la capacitancia del nodo, las velocidades de conmutación de los transistores / mosfets internos y los niveles de voltaje necesarios para registrar señales altas / bajas. Estas métricas determinarán los tiempos de subida / caída necesarios para transmitir información.

Sí, esto introduce mucha complejidad, pero es por eso que hay personas muy inteligentes con doctorados y equipos de ingeniería completos necesarios para diseñar circuitos integrados. El monitoreo de estas métricas a través de la variación del proceso, la variación de la temperatura y la variación de voltaje es parte de un diseño robusto del circuito integrado y no se puede evitar esa complejidad.

    
respondido por el Gonzik007
2

Los microprocesadores consisten en muchos circuitos lógicos que están hechos de "puertas" estándar como inversores, AND, O NAND, etc. Estas puertas consisten de transistores (CMOS) y el comportamiento de estos transistores depende de muchos parámetros como la temperatura y Variaciones en el proceso de fabricación. Esto influye en la velocidad a la que estas puertas pueden operar de manera confiable. La velocidad también se ve afectada, por ejemplo, por cuántas entradas están conectadas a una salida determinada. Quiero decir que la arquitectura del circuito también juega un papel importante.

Sería casi imposible hacer un chip confiable confiando solo en estos retrasos variables. Tendría que reducir la velocidad de todo para garantizar un funcionamiento correcto, por ejemplo, para que un circuito más rápido espere la entrada de un circuito más lento. Eso no es tan eficiente y no da como resultado un circuito rápido.

Es por eso que casi todos los circuitos digitales complejos, como los microprocesadores, están sincronizados , lo que significa que hay un reloj que da un "latido de ciervo" y que todos los circuitos funcionan (solo cambia el estado) cuando llegue este "ritmo" (en el borde del reloj).

El uso de un reloj permite un flujo de diseño mucho más sencillo y más automatizado. Aún así, al final del diseño, cuando las demoras reales pueden ser determinadas por herramientas especializadas, las simulaciones pueden probar si todavía hay problemas de tiempo o no y también sugerir qué cambiar para resolverlos.

    
respondido por el Bimpelrekkie

Lea otras preguntas en las etiquetas