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早上6點起床,7點吃早飯,8點上班,9點開會,10點約了合作伙伴商談......
假如時間不存在,我們做任何事情都是沒有意義的。我們需要用手錶、手機等顯示時間的機器告訴我們現在是幾點幾分,這時候該幹什麼?同樣的,計算機也要看時間,才能持續不斷的運轉下去。
計算機是透過看晶振,來確定時間的。
電腦主機板上的晶振和時鐘晶片
實際上,你會發現幾乎所有需要計時的機器都需要用晶振,比如:手錶、石英鐘、手機、電視、遙控器等。這些都是透過將晶振的振動頻率轉化為人、電腦、機器能看懂的時間。
晶振是怎麼產生時間的?透過晶振的波形(如下圖),我們可以知道晶振是怎麼產生和計量時間的。假設產生一個波形的時間為t,那麼產生兩個波形的時間為2t,產生n個波形的時間為nt,這樣時間就變得可以被計量和記錄了。
如果你不太理解,舉個例子:
我們來做一個拍掌的遊戲,每隔一秒鐘拍一下,那麼拍了60下就是1分鐘,拍3600下就是1小時。
晶振是怎麼工作的?晶振就是可以產生一定頻率的交變電流訊號的電路,是一種能量轉換裝置,可以將直流電能轉換為具有一定頻率的交流電能。
它是利用了晶體的壓電效應制造的,當在晶體的兩面上加交變電壓時,晶片會反覆的機械變形而產生振動,而這種機械振動又會反過來產生交變電壓。當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其它頻率下的振幅大得多,產生共振,這種現象稱為壓電諧振。晶振產生振盪必須附加外部時鐘電路,一般是一個放大反饋電路,只有一片晶振是不能實現震盪的。
於是就有了時鐘振盪器,將外部時鐘電路跟晶振放在同一個封裝裡面,一般都有4個引腳了,兩條電源線為裡面的時鐘電路提供電源,又叫做有源晶振,時鐘振盪器,或簡稱鍾振。好多鍾振一般還要做一些溫度補償電路在裡面,讓振盪頻率能更加準確。晶振振盪器的等效電路也可以認為是一個RLC振盪電路。
這時,你就會明白為什麼電腦的主機板需要電池。如果主機板的電池壞了或者扣下來,是沒有辦法儲存時間,需要重新輸入時間或者連線網路同步時間。
晶振在電腦中的作用晶振的作用是為系統提供基本的時鐘訊號。通常一個系統共用一個晶振,便於各部分保持同步。它就像個標尺,工作頻率不穩定會造成相關裝置工作頻率不穩定。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振,而透過電子調整頻率的方法保持同步。
晶振通常與鎖相環電路配合使用,以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子系統需要不同頻率的時鐘訊號,可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環來提供。
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也許很多人有這樣的疑惑,計算機到底是怎麼計算時間的?
計算機內部有處理器和晶振,處理器相當於人的大腦,晶振相當於人的心臟!每個人心臟跳動的頻率幾乎是固定的,正常人心跳的頻率為60~100次/分,假設一個人的心跳頻率為60次/分,即平均1秒跳一次,大腦透過數心跳的次數即可計時,比如數60下為一分鐘,數3600下為一小時。
計算機計時也類似這個原理,處理器透過數晶振的波形進行計時!假設晶振的時鐘頻率為10MHZ,那麼由T=1/f=1/10000000=100ns,然後透過處理器對時鐘進行計數,每跳一下為100ns,需要計算M=10000000次為1秒,同理,一分鐘為F=60M次,一小時為H=60F次。
實際應用時,需要人為對處理器進行程式設計,使用處理器的定時器進行初始化設定,然後計數,當計數達到預定值時,就會產生溢位結果從而改變當前時間。