Señal de reloj

(clock signal). En electrónica y especialmente en circuitos digitales síncronos, una señal de reloj es una señal usada para coordinar las acciones de dos o más circuitos.

Una señal de reloj oscila entre estado alto o bajo, y gráficamente toma la forma de una onda cuadrada.

Los circuitos que utilizan la señal de reloj para la sincronización pueden activarse en el flanco ascendente, flanco descendente o en ambos, por ejemplo, las memorias DDR SDRAM son activadas en ambos flancos.

La mayoría de los circuitos integrados complejos utilizan una señal de reloj para sincronizar sus diferentes partes y contar los tiempos de propagación. A medida que se fue incrementando la complejidad de los circuitos, se volvió más complicada la sincronización a través del reloj. Un ejemplo de circuito integrado complejo es el microprocesador.

Señal de relojUna señal de reloj (en inglés clock signal, o simplemente clock) es en la electrónica digital una

señal binaria, que sirve para coordinar las acciones de varios circuitos, en especial para la

sincronización de biestables en sistemas digitales complejos. Según su aplicación, la señal de reloj

se puede repetir con una frecuencia predefinida o también ser aperiódica.

En los casos en los que hay una señal de reloj, suele darse por medio de un generador de reloj. La

señal oscila entre un estatus alto y bajo, que se caracteriza por un período de oscilación o bien por

un valor de cambio, la frecuencia de reloj y el ciclo de trabajo.

Los circuitos que utilizan la señal de reloj para sincronizarse, pueden, según su construcción,

basarse en el flanco ascendente o en el descendente de la señal (en el caso de DDR se utilizan

ambos flancos).

En hojas técnicas y diagramas a la señal de reloj se le suele describir como CLK.

La mayoría de circuitos integrados complejos requieren una señal de reloj, para sincronizar

diferentes partes del chip y equilibrar los retrasos de las puertas. Dado que los chips son cada vez

más complejos, es cada vez más difícil proveer de una señal de reloj precisa y homogénea en todos

los sitios. Ejemplo ilustrativo de este problema son los microprocesadores, componente central de

losordenadores modernos. Para los transistores se suele indicar la frecuencia, hasta la que es

posible amplificar una pequeña señal. Ésta suele ser diez veces mayor a la frecuencia de reloj.

Señal de reloj en los microprocesadores

Los microprocesadores son circuitos digitales altamente complejos, que utilizan una señal de reloj para funcionar.

En algunos microprocesadores antiguos se utilizaban reloj multifase (por ejemplo, la familia de microprocesadores IMP-16), pero actualmente la mayoría utiliza un reloj de una única fase.

La señal de reloj puede ser combinada con un controlador de señal que se encarga de permitir o no la señal de reloj para ciertas partes de un circuito. Esta técnica es especialmente utilizada para ahorrar energía, apagando porciones de un circuito digital que no están en uso.

Muchas microcomputadoras utilizan un multiplicador de reloj, que multiplica una señal de reloj externa más baja que la del microprocesador, para adecuarla a la señal de éste. Esto permite al CPU operar a mucha más alta frecuencia que el resto de los componentes de la computadora, permitiéndole al CPU no esperar un factor externo (por ejemplo, una entrada/salida de memoria).

Frecuencia de reloj

(clock rate). La frecuencia de reloj es la velocidad en ciclos por segundo (medidas en hercios) con que una computadora realiza las operaciones más básicas. Diferentes chips en la placa madre pueden tener diferentes frecuencias de reloj. En general, en computación, cuando se habla de "la frecuencia de reloj", se está haciendo referencia a la velocidad del CPU (el microprocesador).

Frecuencia de reloj: ¿La velocidad del procesador?

La velocidad de reloj sólo es útil para comparar entre microprocesadores de una misma familia de un mismo fabricante. Es decir que un determinado procesador de una determinada familia no puede ser comparado con otro procesador de otra familia, incluso aunque sean de un mismo fabricante. Por ejemplo, puede ser que un procesador de 50 MHz emplee más eficientemente los ciclos por segundo que otro procesador con la misma frecuencia de reloj, esto haría que ciertas tareas en el primer procesador se ejecuten más rápidamente que en el segundo procesador. De todas maneras, existen otros múltiples factores que determinan la velocidad final de la computadora. 

Para comparar distintos procesadores de distintas familias suelen usarse programas benchmarks.

Hace unos años, los fabricantes más importantes de microprocesadores (AMD e Intel) promocionaban la frecuencia de reloj para mostrar cuál era el procesador más rápido del mercado. Por supuesto que era sólo una campaña de marketing pues, como se dijo anteriormente, no es posible comparar dos microprocesadores de distintas familias y menos aún de distintos fabricantes. Por esta razón, desde el año 2000, AMD decidió dejar de lado la frecuencia de reloj y promocionar sus microprocesadores empleando el número de modelo. Se justificaron en que la frecuencia de reloj de los procesadores AMD eran menores a los de Intel, pero no necesariamente significaba que su velocidad sea inferior. A partir del año 2004, Intel decidió hacer lo mismo.

Las frecuencias de reloj en la historia

La primera PC comercial, la Altair, usaba un microprocesador Intel 8080 con una frecuencia de reloj de 2 MHz. La IBM PC original de 1981 tenía una frecuencia de reloj de 4,77 MHz (4.770.000 ciclos por segundo).

Para 1995, las Pentium de Intel llegaban a 100 MHz, y en 2002, Intel introdujo el primer procesador en llegar a 3 GHz, el Pentium 4.

Frecuencia de reloj de los procesadores

Bajo el término frecuencia de reloj se da a entender el ritmo con el que se tramitan los datos en

un ordenador, y se especifica enhercios. Dado que la frecuencia de los procesadores modernos

alcanza los miles de millones de hercios, las cantidades suelen representarse con la ayuda

de prefijos como giga (G) para miles de millones y mega (M) para millones (mientras que para

los sistemas embebidos aún es frecuente hablar de kHz). Por ejemplo, una frecuencia de reloj

de 1 GHz significa un período de reloj de unnanosegundo. El flujo de datos de un procesador

resulta de la frecuencia de reloj y del flujo de datos en su conexión con la memoria principal.

Las prestaciones de cálculo (medidas por ejemplo en MIPS o en FLOPS) no sólo depende de

la frecuencia de reloj, sino también de la arquitectura de todo el procesador. Incluso aquellos

procesadores que utilizan el mismo conjunto de instrucciones, pueden contar con prestaciones

muy diferentes a pesar de tener la misma frecuencia de reloj, motivadas, por ejemplo, por la

cantidad de IPC (instrucciones por ciclo), por características propias del fabricante (por

ejemplo, ampliaciones de SIMD) o por el ya mencionado flujo de la memoria. El flujo de IPC

especifica cuantas instrucciones puede ejecutar un procesador gracias a hacerlas en paralelo.

Un procesador con un flujo de IPC mayor, consigue por ello más operaciones de cálculo por

cada ciclo de reloj y calcula de forma más rápida.

El reloj y la velocidad de los ordenadores

Los sistemas llevan un reloj digital para sincronizar los impulsos. La separación entre impulsos es de nanosegundos (10-9), es decir, en un segundo se pueden mover 109 impulsos (mil millones) y eso es muchísima información.

Hay dos formas diferentes de ver el flujo de impulsos. Una es situarnos en el dominio del tiempo. Algo muy corriente para la mayoría de las personas. Los impulsos se generan a un ritmo del orden de los nanosegundos que es la separación entre impulso e impulso en el dominio del tiempo. El nanosegundo es una fracción del segundo muy pequeña, milmillonésimas de segundo, es decir, en un segundo se producen mil millones de impulsos. Esto da una idea de las tremendas velocidades que se manejan. Velocidades mayores se traducen en menor tiempo entre impulso e impulso, pero la electrónica tiene dificultades para distinguir o separar los impulsos si estos llegan demasiado rápido y se solapan. Los circuitos necesitan un tiempo, aunque breve, para responder. Lo mismo nos pasa a los humanos, necesitamos un tiempo entre cambio y cambio para darnos cuenta o discriminar, por ejemplo, entre impulso luminoso e impulso luminoso.

Otra forma más fácil de ver las cosas, es pensar en el número de impulsos por segundo. Esto es lo que llamamos frecuencia y decimos que nos situamos en el dominio de la frecuencia. Un impulso por segundo se denomina 1 Hertzio. Un MegaHertzio es un millón de impulsos por segundo y mil megas equivalen a un Giga. Por lo tanto 1 GigaHertzio son mil millones de impulsos por segundo. Los ordenadores actuales son capaces de trabajar a 2,8 GigaHertzios de velocidad aproximadamente.

Conviene tener claro lo que significa baja y alta frecuencia. Baja frecuencia, poca velocidad y alta, gran velocidad. Cuando la frecuencia es alta le llaman banda ancha.

Para referirnos a los bits que circulan por las líneas telefónicas preferimos hablar de bits por segundo. Las velocidades actuales por las líneas de cobre con tecnología ADSL, son de 3 Megabits por segundo y pueden llegar a 100 Megabits por segundo. Como se ve, las velocidades por las líneas de cobre

son muy inferiores a las que manejan los ordenadores porque las líneas de cobre se instalaron para transmitir voz y no impulsos eléctricos a gran velocidad.

Para hacernos una idea, por una línea de 1 Megabit por segundo, podemos transmitir del orden de 50 páginas de un libro en un segundo.

El reloj del microprocesadorUn chip utiliza un reloj de impulsos eléctricos para ejecutar o procesar las instrucciones que le llegan. Es decir, todos los elementos del chip permanecen en reposo a la espera del impulso de reloj, para ejecutar la operación que corresponde en cada momento. De esta forma las operaciones se realizan sincrónicamente, es decir, de forma ordenada y ningún dispositivo se anticipa a otro.Según esto, mientras mayor sea la velocidad de reloj que admita el micro, mayor será la velocidad en la ejecución de las operaciones. Por lo tanto junto al juego de instrucciones, que mide la potencia del microprocesador, es importante también considerar la frecuencia de reloj.

Como hemos dicho, la frecuencia se mide en ciclos/segundo o Hertzios. En la actualidad las velocidades son de 2.5 GigaHertzios, es decir, 2.5 x 109 ciclos/segundo o hertzios en los pentium IV.

 

Ciclo de trabajo

El ciclo útil D es definido como la relación entre la duración del pulso τ y el período (T) de una onda cuadrada.

En electrónica, el ciclo de trabajo, ciclo útil o régimen de trabajo es la fracción de tiempo donde

la señal es positiva o se encuentra en estado activo. Es un valor comprendido entre 0 y 1 y viene

dado por la siguiente expresión:

donde

D es el ciclo de trabajo

 es la duración donde la función está en nivel alto (normalmente cuando la función es

mayor que cero);

 es el Periodo de la función.

Diagrama interno de un microprocesador  admin el Lun Mayo 24, 2010 2:31 pm

aqui les presento el diagrama de funcionamiento de un microprocesador espero que les sirva comenten.......   

Esquema del funcionamiento interno de un microprocesadorLa unidad de control recibe de la memoria RAM las instrucciones; a continuación, el decodificador y el secuenciador envían las órdenes a la unidad aritmético-lógica; esta las ejecuta y envía los resultados a la unidad de control; el reloj sincroniza el sistema y el contador determina dónde se encuentra la próxima instrucción.

Diagrama de Bloque de un   Microprocesador Publicado el 6 de febrero de 2013 por itphonenet

Diagrama de Bloque de un Microprocesador

En la fig   podemos apreciar el esquema general de un diagrama de bloques de un microcontrolador.

se compone de tres bloques fundamentales: la CPU ( central Processing Unit), lamemoria(RAM y ROM),

yla entrada y salida. Los bloques se conectan entre sí mediante grupos de líneas eléctricas

denominadas buses o pistas. Los buses pueden ser de direcciones ( si transportan direcciones de

memoria o entrada y salida), de datos( si transportan datos o instrucciones) o de control (si transportan

señales de control diversas).

La CPU es el cerebro central del microprocesador y actúa bajo control del programa almacenado en la

memoria. La CPU se ocupa básicamente de traer las instrucciones del programa desde la memoria,

interpretarlas y hacer que se ejecuten. La CPU también incluye los circuitos para realizar operaciones

aritméticas y lógicas elementales con los datos binarios, en la denominada Unidad Aritmética y Lógica

(ALU: Aritmetic and Logic Unit).

En un microprocesador, la CPU no es otra cosa que el microprocesador, el circuito integrado capaz de

realizar las funciones antes mencionadas.

Los Microprocesadores se han desarrollado fundamentalmente  a los mercados de los ordenadores

personales y las estaciones de trabajo, donde se requiere una elevada potencia de cálculo, el manejo de

gran cantidad de memoria y de una gran velocidad de procesamiento. Un parámetro importante en los

microprocesadores es el tamaño de sus registros internos(8,16,32 y 64 bits), que determina la cantidad de

bits que pueden procesar simultáneamente.

Los Micro controladores se han desarrollado  para cubrir las diversas aplicaciones. Se usan en

automoción, en equipos de comunicaciones y de telefonía, en instrumentos electrónicos, equipos médicos

e industriales de todo tipo, en electrodomésticos, en juguetes,etc…….

Hay varias características que son deseables en un micro procesador, nombramos varias a continuación:

1. recursos de entrada y salida. Más que en la capacidad de cálculo del mismo micro controlador,

muchas veces se requiere hacer énfasis en los recursos de entrada y salida del dispositivo,tales

como el manejo individual de líneas de entradas y salida, manejo de interrupciones, señales

analógicas, etc…

2. espacio optimizado. e trata de tener en el menor tiempo posible, y a un coste razonable, los

elementos esenciales que puede tener un circuito integrado que viene limitado por las

dimensiones de su encapsulado, el espacio se puede optimizar haciendo que unos mismos

terminales realicen funciones diferentes.

3. El micro controlador idóneo para una aplicación. Se procura que el diseñador disponga

del micro controlador hecho a la medida de su aplicación.Por ésto los fabricantes ofrecen

familias de micro controladores, compuestos por miembros que ejecutan el mismo repertorio de

instrucciones pero que difieren en sus componentes de hardware ( más o menos memoria, más

o menos dispositivos de entradas y salidas, etc)permitiendo así al diseñador de la aplicación

elegir el que más le convenga para su desarrollo.

4. segurida en el funcionamiento del microcontrolador, Una medidad de seguridad elemental

es garantizar que el programa que esté ejecutando el micro controlador sea el que corresponde,

es decir, que si el micro controlador se ” pierda” , esto pueda ser rápidamente advertido y se

tome alguna acción para corregirlos. Un componente común en los micro controladores y que

contribuye a una operación segura es el perro guardián(WDT: Watchdog Timer), dispositivo que

no existe en los ordenadores personales.

5. Bajo consumo  dado que hay muchas aplicaciones donde se desea utilizar baterías como

fuente de alimentación, es altamente deseable que el micro controlador consuma muy poco

energía. También interesa que el micro controlador debería consumir muy poca energía durante

la espera, para ello conviene paralizar total o parcialmente al micro controlador, poniéndolo a

dormir, hasta que ocurra la acción esperada.

6. protección de los programas frente a copia. Se trata de proteger información almacenada en

la memoria, es decir, el programa de la aplicación, contra lecturas furtivas de la memoria del

micro controlador. Los micro controladores disponen de mecanismos que les protegen de estas

acciones.