在计算机中，大多数组件都与时钟同步。 不过，并不是所有的东西都必须与同一个时钟同步。 例如，CPU 可以运行得非常快，高端型号接近每秒 60 亿周期。 大多数其他组件无法匹配这种令人难以置信的速度。 时钟准确指示组件应该在何时运行。 当然，确切的功能取决于组件。 但基本概念是相同的，与时钟的滴答声永久同步。
在计算机中，几乎所有时钟都用方波发送信号。 时钟脉冲是方波的“峰值”。 有趣的是，没有任何东西使用那个峰值作为任何事情的触发器。 即使是每秒滴答 60 亿次的时钟也会在波峰和波谷中花费足够的时间，以至于确切的时间会有足够的变化导致问题。 相反，大多数设备在激活时专门在时钟脉冲的上升沿运行。
RAM 是一个有趣的例外。 您可能知道 RAM 世代目前被称为“DDR X”。 这个 DDR 术语很重要。 它代表“双倍数据速率”。 标准设备仅在时钟脉冲的上升沿运行，而 DDR RAM 在时钟脉冲的上升沿和下降沿均运行。 与使用单一数据速率的相同技术相比，它的带宽翻了一番。 由于带宽是 RAM 性能的关键部分，因此这种 DDR 技术现在在 RAM 中得到了普遍应用。
时钟脉冲如何工作？
时钟发生器产生时钟脉冲。 这通常是一个精心塑造的石英晶体，电流通过它。 它的内在特性之一是它会产生完全规则的电脉冲。 虽然晶体可以调谐到一系列频率，但通常只使用两个，然后只有其中一个占主导地位。 大多数时钟的频率为 100MHz 或每秒 1 亿个周期。 一些计算机具有以 125MHz 频率运行的第二个时钟。
您可能会注意到，这明显低于现代 CPU 在最佳条件下可以获得的 6GHz。 CPU 和其他设备的频率是通过倍频器设置的，而不是制作一个时钟来控制 CPU 速度然后将其锁定到该精确频率。 乘数乘以每秒有多少个脉冲。 这样做的主要优点之一是可以调整乘数。 这种调整可以即时进行，从而允许根据热余量、功率余量和负载进行精细的性能控制。
使用时钟脉冲的设计限制
与时钟同步可显着提高 RAM 性能并使大多数 PC 组件受益。 不过，它确实有一些不寻常的限制。 虽然它加快了 RAM，但有一种观点认为它降低了 CPU 的速度。
CPU 时钟速率必须限制在对 CPU 最慢功能的最坏情况下性能的保守估计。 这样一来，您可以保证所有事情都在一个时钟周期内完成，并且不会让某些事情溢出，从而创建意外的配置。 这意味着 CPU 不受时钟限制，能够以它想要的速度完成操作，然后能够立即转移到下一个操作，理论上可以运行得更快。
问题在于逻辑。 由于事情不一定按可预测的时间表完成，因此您必须添加大量额外的验证电路。 此外，由于这种架构概念不受青睐，因此不存在用于设计异步 CPU 的功能齐全的 CPU 设计软件。 这使得很难验证该概念是否会提供整体性能提升。
电子很慢
虽然您可能认为向 CPU 提供时钟信号相对简单，但事实并非如此。 现代 CPU 相当大且非常复杂； 这意味着电信号从一侧到另一侧的传播时间可能很长，至少与十亿分之一秒相比是这样。 多处将时钟信号引入CPU，保证整个CPU完美同步。
随着 CPU 变得越来越大，功能密度越来越高，需要更多的电路来提供准确的时钟。 此外，随着 CPU 的“节点”减少，细线的电阻增加。 这意味着在现代 CPU 上计时所需的功率占总功率消耗的合理比例。
作为功耗，直接影响热量的产生，它对 CPU 性能有两方面的影响，都是负面的。 这是异步 CPU 的另一个论据。 没有时钟，它们就没有这种功率消耗和热量产生，从而为实际性能留下更多的热量和功率余量，进一步帮助弥补必要的复杂性增加。
结论
时钟脉冲是用于计算机同步的方波时钟信号的峰值。 大多数组件专门使用该脉冲的上升沿来运行。 然而，DDR RAM 同时使用脉冲的上升沿和下降沿进行操作。 时钟发生器，例如石英压电振荡器，产生脉冲。 然后这些脉冲通常由乘法器修改以精确匹配所需的时钟速度。
