señales de reloj en computadoras y máquinas [cerrado]

  

"El tiempo es lo que evita que las cosas sucedan todas a la vez". - John Wheeler (1911-2008)

No quieres ejecutar cosas desorganizadas. Todo en un microcontrolador sucede consecutivamente, en pasos discretos. Obtención de un byte de la RAM a un registro: poner la dirección en el bus de direcciones. Garrapata. Afirmar la línea RD. Garrapata. Latch datos del bus de datos en el registro. Garrapata.

Si lo hiciera todo al mismo tiempo, bloquearía los datos antes de que la RAM tuviera tiempo de ponerlos en el bus. Este tipo de limitaciones ocurren todo el tiempo y son el factor limitante para el rendimiento de un controlador.

Tenga en cuenta que algunos sistemas mecánicos utilizan un mecanismo con una función similar:

El escape de un reloj también garantiza que las cosas sucedan a tiempo, e incluso en un reloj analógico, en pasos discretos. (Personalmente, cuento el escape, junto con la cremallera y el tornillo de madera, a algunos de los Inventos Verdaderamente Grandes).

Respuesta muy corta e inadecuada: la señal del reloj es fundamental porque permite la coordinación de señales entre los circuitos y los cambios de estado de la máquina sincronizados.

Lea sobre los circuitos digitales.

La mayoría de las máquinas requieren que algunos tipos de operaciones se realicen en una secuencia particular. Un tren de engranajes, por ejemplo, requiere que cada engranaje se mueva de tal manera que haga espacio para un diente que se aproxima, antes de que llegue ese diente que se aproxima. En muchos casos, como en el caso de los engranajes, la parte de una máquina que requiere que ocurran ciertos eventos en una secuencia particular se acoplará muy estrechamente a la parte que impone esa secuencia (por ejemplo, el intercalado adecuado de un diente de engranaje con la ranura de otro engranaje). se aplicarán con los dientes adyacentes, que por supuesto están rígidamente unidos).

Lo que hace que las computadoras sean diferentes de otras máquinas es que (1) hay muchas más partes que deben sincronizarse de lo que es típico en la mayoría de las máquinas, (2) la velocidad máxima a la que pueden manejarse las partes de una computadora es más rápida que la velocidad máxima a la que funcionarán de manera confiable, y (3) a menudo es conveniente ejecutar las computadoras a la velocidad máxima donde funcionarán de manera confiable.

La forma más sencilla de satisfacer todos los requisitos anteriores es diseñar las piezas de modo que funcionen de manera confiable si se ejecutan a una velocidad determinada y luego las ejecuten a esa velocidad. Es útil pensar en una computadora como una línea de ensamblaje. El número de productos producidos por hora se establecerá según la velocidad a la que el transportador mueva los productos de una estación a la siguiente. El uso de un transportador cuya velocidad sea la misma en toda la fábrica garantizará que ninguna estación de trabajo reciba productos antes de que haya espacio disponible. Aumentar la velocidad del transportador aumentará la velocidad a la que se producen los productos, siempre que cada trabajador pueda completar su parte de la producción a tiempo. Sin embargo, si el transportador se acelera demasiado, los trabajadores a veces no completan sus tareas correctamente, creando defectos en el producto. Tenga en cuenta que si un paso en particular en el proceso toma más tiempo que otros dos pasos adyacentes en otra parte de la producción, puede ser útil dividir el paso más largo en dos pasos (lo que requeriría más trabajadores, pero permitir una mayor producción), o unirse a la los pasos adyacentes más cortos en uno (lo que no aumentaría la producción, pero reduciría el número de trabajadores necesarios para lograrlo).