大部分的CPU，甚至大部分的序向邏輯裝置，本質上都是同步的。[seqlogic]也就是說，它們被設計和使用的前題是假設都在同一個同步訊號中工作。這個訊號，就是眾所周知的時脈訊號，通常是由一個周期性的方波（構成）。
通過計算電訊號在CPU眾多不同電路中的分支中迴圈所需要的最大時間，設計者們可為時脈訊號選擇一個適合的周期。 該周期必須比訊號在延遲最大的情況下移動或者傳播所需的時間更長。設計整個CPU在時鐘訊號的上升沿和下降沿附近行動資料是可能的。無論是在設計還是元件的維度看來，均對簡化CPU有顯著的優點。同時，它也存在CPU必須等候回應較慢元件的缺點。此限制已透過多種增加CPU並列運算的方法下被大幅的補償了。
無論如何，結構上的改良無法解決所有同步CPU的弊病。比方說，時脈訊號易受其它的電子訊號影響。在逐漸複雜的CPU中，越來越高的時脈使其更難與整個單元的時脈訊號同步。是故近代的CPU傾向發展多個相同的時脈訊號，以避免單一訊號的延遲使得整個CPU失靈。另一個主要的問題是，時脈訊號的增加亦使得CPU產生的熱能增加。持續變動的時脈使得許多元件切換（Switch）而不論它們是否處於運作狀態。一般來說，一個處於切換狀態的元件比處於靜止狀態還要耗費更多的能源。因此，時脈的增加使得CPU需要更有效率的冷卻方案。 其中一個處理切換不必要元件的方法稱為时脈閘控，即關閉對不必要元件的時脈（有效的禁止元件）。但此法被認為太難實行而不見其低耗能通用性。[clockgating]另一個對全程時鐘訊號的方法是同時移除時鐘訊號。當移除全程時鐘訊號;使得設計的程式更加複雜時，非同步（或無時脈）設計使其在能源消耗與產生熱能的維度上更有優勢。罕見的是，所有的CPU建造在沒有利用全程時鐘訊號的狀況。
兩個值得注意的範例是ARM（"Advanced RISC Machine"）順從AMULET以及MIPS R3000相容MiniMIPS。與其完全移除時脈訊號，部份CPU的設計允許一定比例的裝置不同步，比方說使用不同步算術邏輯單元連接超純量管線以達成一部份的算術效能增進。在不將時脈訊號完全移除的情況下，不同步的server1_A.htm' style='text-decoration:none;' >設計可使其表現出比同步計數器更少的數學運算。因此，結合了不同步設計極佳的能源耗損量及熱能產生率，使它更適合在嵌入式電腦上運作。
留言列表
