Frage von Servus803, 9

Der Zusammenhang von Taktfrequenz und Volt

Hello again! :D Heute mal an die Übertakter von euch:

Wenn ich eine CPU jetzt einfach mal so weit es geht übertakte, wird oft gesagt, dass der PC, je höher der Takt mit gleichbleibender Spannung wird immer instabiler wird.

  • Wieso werden die PCs instabiler und warum muss ich dann mit der Spannung rauf gehen?

Würde mich echt interessieren! MfG Servus803

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von AnnaRisma, 6

Servus, Servus,

kennst du dich ein bisschen mit (Feldeffekt)Transistoren aus? Die werden in einem Rechner nämlich als Schalter eingesetzt. Und Transistoren sind von einem idealen Schalter weeeiit entfernt!

Erstens verbraten sie elektrische Leistung (so etwas tut ein idealer Schalter nicht) und zweitens benötigen sie Anlauf ... soll heißen, sie schalten nicht jetzt, sondern erst in ein paar (dutzend) Nannosekunden. Sie benötigen diese Zeit, um einen gewissen Spannungswert zu erreichen, der EINDEUTIG als Änderung registriert werden kann. Der Techniker spricht von der Flankensteilheit, die die Spannungsverlaufskurve zeigt.

Grundsätzlich würde der Transistor beim Schalten immer zwischen 0 und 100% der anliegenden Spannung hin- und herwechseln (wenn ihm die Zeit dazu bliebe). Irgendein Wert muss nun als EINDEUTIGER Wert festgelegt werden, dessen Über- oder Unterschreiten ein Ein- bzw. Ausschalten darstellt. Wählt man den Wert zu groß, dauert das Schalten länger, wählt man ihn zu klein, bekommt man kein EINDEUTIGES Verhalten, denn zu geringe Werte bedeuten, dass schon geringste Störungen ebenfalls als Schaltimpuls interpretiert werden - also völliges Durcheinander.

Erhöht man nun die Taktfrequenz, also die Anzahl der Schaltvorgänge, die ein Transistor durchführen soll, erreicht der Transistor irgendwann den EINDEUTIGEN Wert nicht mehr (weil zuvor von ihm verlangt wird, dass er schon wieder in den anderen Zustand schalten soll).

Transistoren sind eben auch nur Menschen, verlangt man zu viel in zu kurzer Zeit von ihnen, brechen sie zusammen ... äh, oder so ...

Bis zu einem gewissen Grad kann man nun aber durch Erhöhen der Versorgungsspannung wieder EINDEUTIGE Bedingungen schaffen, denn wenn ein Transistor einer höheren Spannung "zustrebt", tut er das (relativ gesehen) mit einer steileren Flanke, d. h. der entscheidende Spannungswert kann doch noch erreicht werden, bevor der nächste Schaltbefehl eintrifft.

Jetzt weiß ich nur nicht, ob meine Antwort zu banal oder zu anspruchsvoll ist (mein ehemaliger Prof würde eindeutig voten! Nämlich DR!)

Servus, Servus.

Kommentar von Servus803 ,

Da ich in eine HTL gehe, dürfte ich (das meiste) verstanden haben was du sagtest. :D

Super Erklärung, danke dir!

Kommentar von NerdyByNature ,

Dann war Dein Prof aber nicht flexibel :D Es kommt doch ganz darauf an aus welcher Perspektive man das sieht, oder welches Zielpublikum man vor sich hat!

Du hast es geschafft einen komplizierten Sachverhalt so darzustellen als erklärtest Du einem Affen wie eine Banane zu schälen sei! Dafür ein echtes DH. Ich hau extra mit nem Hammer drauf, das verdient einen dicken Daumen! autsch

Wissenschaft für alle! \o/ Yay ;)

Antwort
von FaronWeissAlles, 5

Was 1 und was 0 ist hängt von der Spannung ab. 1 = hohe Spannung (oft 1,4V), 0 = niedrige/keine Spannung. Der Transistor hat dabei eine Toleranz, bei der er ein Signal noch als 1 interpretiert (sagen wir 5%), 1,35V wäre dann noch ne 1, 1,25V aber nicht mehr.

Bei z.B. 4 Ghz Takt ist es der CPU möglich 4.000.000.000 mal zwischen 0 und 1 hin und her zuspringen (die Änderung geht zwar in Lichtgeschwindigkeit, d.h. in "Stromgeschwindigkeit", c ist es ja nicht wirklich), aber es benötigt eben Zeit, dass sich das Spannungslevel ändert. Und diese Zeit ist das Problem. Erhöhe ich den Takt verkürze ich die Zeit die der Strom hat für die Änderung - der Strom schaffts nicht rechtzeitig auf die 1,4V, bevor der nächste Takt kommt. Er schaffts nicht mal in den Toleranzbereich. Wodurch falsche Informationen ankommen (0 statt 1). Durch erhöhen der Spannung vergrößere ich den Toleranzbereich, sodass auch bei einem eigentlich zu hohen Takt immer noch die richtigen Informationen ankommen und das System länger  stabil bleibt. 

PS: AnnaRisma hat die genauere Erklärung, das hier sollte nur ne Veranschaulichung sein

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