时钟

为什么需要时钟

从上面的例子我们可以看出CPU为什么要时钟：目前绝大多数的微处理器都是被同步时序电路所驱动，而时序电路由各种逻辑门组成。正如上面说的那样，逻辑门需要一小段时间对输入的变化做出反应（propagation delay）。所以需要时钟周期来容纳传播时延，并且时钟周期应当大到需要容纳所有逻辑门的传播时延。

 

当然，目前也有Asynchronous sequential logic，即不需要时钟信号做同步。但是这种异步逻辑电路虽然速度比同步时序电路快，然而设计起来比同步时序电路复杂的多，并且会遇到上面说的空翻现象（race condition），所以，现在绝大多数的CPU还是需要时钟做信号同步的。

 

发送数字信号其实发送的就是一串由0或1组成的数字序列。 然而，与不同设备进行通信时，时序信息要与发送的比特位相关联。 数字波形作为时钟信号的参考。 您可以将时钟信号看成是一个指挥者，它为数字电路系统的各个部分提供时序信号，使每个过程都可在精确的时间点触发。

 

时钟信号是具有固定周期的方波。 周期是指一个时钟边沿到下一个同类时钟边沿之间的时间间隔，最常用的方式是一个上升沿到下一个上升沿之间的时间间隔。 时钟的频率等于时钟周期的倒数。

 

 

时钟信号用于在数据传输过程中同步数字信号发送器和接收器。 比如，发送器可以在时钟信号的每个上升沿发送一个数据位，接收器可使用相同的时钟读取数据。 在这种情况下，设备的确定边沿是上升沿（从低电平到高电平）。 对于其他设备则可能是下降沿（从高电平到低电平）。 时钟的确定边沿又称为有效时钟边沿。 数字信号发送器在每个有效时钟边沿触发新的数据发送，而接收器则在每个有效时钟边沿上进行采样。 后来的设备开始同时使用时钟的上升沿和下降沿；这种设备被称为双倍数据速率传输(DDR)设备。 事实上，数据传输对于有效边沿有短暂的短延；这种延时称为 clock-to-out time。