Как процессоры контролируют свою тактовую частоту?

Недавно я столкнулся с процессором STM с двумя генераторами в цепи - я полагаю, один для высокоскоростной работы, а другой для низкой мощности.

Для чего-то вроде настольного процессора, где тактовая частота может быть изменена на любую желаемую частоту (в пределах разумного) - как это физически это сделать?

Это делается с помощью устройства, называемого фазовой автоподстройкой частоты , или PLL. Вот блок-схема базовой ФАПЧ:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Генератор на материнской плате не работает на тактовой частоте процессора, вместо этого он работает на частоте порядка 100 МГц. Этот генератор служит только как известной, стабильной опорной частоты. Внутри ЦП фактическая тактовая частота будет генерироваться управляемым напряжением генератором или ГУН. ГУН может быть настроен на генерацию частот в относительно широком диапазоне, но сам по себе он не особенно стабилен или точен - для данного управляющего напряжения частота будет изменяться от части к части и в зависимости от напряжения питания и температуры. Контур фазовой автоподстройки затем служит для фиксации выходной частоты ГУН в определенном соотношении с опорной частотой.

$f_{PFD} = f_{ref}/D = f_{out}/M$$f_{out} = f_{ref} * M/D$

Например, предположим, что опорная частота составляет 100 МГц, ссылка делится на 1 (D) и ГУН делится на 30 (M). Это приведет к выходной частоте 100 МГц * 30/1 = 3 ГГц. Это соотношение можно изменить, просто изменив настройки делителя, что можно сделать в программном обеспечении через управляющие регистры. Обратите внимание, что изменение частоты на лету может быть не таким простым, как просто изменение значений делителя, частоту необходимо изменить таким образом, чтобы ЦП не видел никаких «глюков» или слишком коротких тактовых импульсов. Может потребоваться использовать 2 ФАПЧ и переключаться между ними или временно останавливать часы или переключаться на другой источник синхронизации, пока ФАПЧ не стабилизируется на новой частоте.

ФАПЧ используются повсеместно для генерации точных, легко настраиваемых частот из фиксированных, стабильных эталонов. Ваша карта Wi-Fi и маршрутизатор Wi-Fi используют их для выбора соответствующего канала путем генерации так называемой частоты гетеродина, сигнала, используемого внутри радиоприемника для преобразования с повышением частоты и преобразования с понижением частоты модулированных данных. Ваше FM-радио, скорее всего, использует его для программного управления частотой приема, что позволяет легко вызывать различные станции. ФАПЧ также используются для генерации высокочастотных тактовых сигналов, используемых для управления сериализаторами и десериализаторами для Ethernet, PCI Express, последовательного ATA, Firewire, USB, DVI, HDMI, DisplayPort и многих других современных последовательных протоколов.

В дополнение к предыдущим ответам ...

Ваш STM micro почти наверняка имеет второй генератор для часов реального времени. Это позволяет часам работать (потребляя минимальную мощность), в то время как остальная часть микросхемы и остальная часть цепи выключены. Затем устройство может поддерживать свои часы и календарь, и, как правило, оно может также перезапустить основной процессор по таймеру - все это полезно для встроенных устройств.

очень осторожно !

Процессоры имеют двоичные прескалары программирования и PLL с VCO для управления счетчиком, чтобы он умножил частоту FSB на передней стороне шины (скажем, 100 МГц).
Этот динамический режим энергосбережения автоматически выбирается при низкой загрузке ЦП с правильными драйверами ЦП, ЦП, ОС и BIOS.

Мой i7 (8cpu) разгоняется с 3101 до 800 МГц и мгновенно переходит на 1100, 1300, 1500 ... и т. Д.

Если Bios выбирает x31, как в моем случае, то процессор работает на частоте 100 МГц x 3100 МГц и с двоичным счетчиком в ЦП выберите значение от x8 до x15, чтобы уменьшить мощность ЦП одновременно с регулированием напряжения на чипе ЦП в 0,9 В регион все для сохранения власти.

Я могу отобразить курсор в правом верхнем углу на Win8.1 вместе с CPU% и memory%