Como os processadores controlam sua velocidade de clock?

Recentemente, deparei com um processador STM com 2 osciladores no circuito - suponho que um para operação em alta velocidade e outro para baixo consumo de energia.

Para algo como um processador de desktop em que a velocidade do relógio pode ser alterada para qualquer frequência desejada (dentro da razão) - como isso faz fisicamente ?

Isso é feito usando um dispositivo chamado loop com bloqueio de fase ou PLL. Aqui está um diagrama de blocos de um PLL básico:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

O oscilador na placa-mãe não funciona na freqüência do clock da CPU, mas na freqüência de 100 MHz. Este oscilador serve apenas como uma frequência de referência estável e conhecida. Dentro da CPU, a frequência real do relógio será gerada por um oscilador controlado por tensão ou VCO. O VCO pode ser ajustado para gerar frequências em uma faixa relativamente ampla, mas, por si só, não é particularmente estável ou preciso - para uma dada tensão de controle, a frequência variará de uma parte para outra e com a tensão e temperatura de alimentação. Um loop de fase bloqueada serve para bloquear a frequência de saída do VCO em um relacionamento específico com a frequência de referência.

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

Por exemplo, suponha que a frequência de referência seja 100 MHz, a referência é dividida por 1 (D) e o VCO é dividido por 30 (M). Isso resultaria em uma frequência de saída de 100 MHz * 30/1 = 3 GHz. Esse relacionamento pode ser alterado simplesmente alterando as configurações do divisor, o que pode ser feito no software através de registros de controle. Observe que alterar a frequência em tempo real pode não ser tão simples quanto alterar os valores do divisor; a frequência deve ser alterada de forma a garantir que a CPU não veja nenhuma falha ou pulso de pulso muito curto. Pode ser necessário usar 2 PLLs e alternar entre eles, ou parar temporariamente o relógio ou alternar para outra fonte de relógio até que o PLL se estabilize na nova frequência.

Os PLLs são usados ​​em todo o lugar para gerar frequências precisas e facilmente ajustáveis ​​a partir de referências fixas e estáveis. Seu cartão Wi-Fi e seu roteador Wi-Fi os utilizam para selecionar o canal apropriado, gerando a chamada frequência do oscilador local, um sinal usado interno ao rádio para converter e converter os dados modulados. O seu rádio FM provavelmente usa um para ativar o controle do software sobre a frequência de recebimento, facilitando a recuperação de diferentes estações. As PLLs também são usadas para gerar os sinais de clock de alta frequência usados ​​para acionar os serializadores e desserializadores para Ethernet, PCI Express, ATA serial, Firewire, USB, DVI, HDMI, DisplayPort e muitos outros protocolos seriais modernos.

Além das respostas anteriores ...

Seu STM micro quase certamente possui o segundo oscilador para o relógio em tempo real. Isso permite que o relógio continue funcionando (consumindo energia mínima) enquanto o restante do chip e o restante do circuito estão desligados. O dispositivo pode manter o relógio e o calendário funcionando e, normalmente, também pode reiniciar o processador principal em um temporizador - tudo útil para dispositivos incorporados.

muito cuidado !

As CPUs possuem pré-escalas binárias de programa programável e um PLL com VCO para acionar o contador, de modo que ele multiplique o relógio FSB do barramento frontal (digamos 100MHz).
Este modo dinâmico de economia de energia é selecionado automaticamente quando o uso da CPU é baixo, com os drivers, CPU, SO e BIOS certos.

Meu i7 (8cpu) vai de 3101 MHz a 800 MHz e passa instantaneamente para 1100, 1300,1500 ... etc

Se o BIOS escolher x31 como no meu caso, a CPU funcionará em 100MHz x 3100MHz e, com um contador binário na CPU, escolherá de x8 a x15 para reduzir a potência da CPU ao mesmo tempo que regula a tensão do chip da CPU em 0,9V região para economizar energia.

Eu posso exibir com o cursor no canto superior direito no Win8.1 junto com CPU% e memória%