Как работают часы в компьютере

Обновлено: 07.07.2024

Задумывались ли вы когда-нибудь как компьютеры и другие устройства определяют время? Как они хранят его, даже если выключены? Давайте немного углубимся в столь простую на первый взгляд тему и выясним почему это так важно.

Как ваш компьютер узнает сколько сейчас времени?

В настоящее время компьютеры даже при первом запуске уже показывают правильное время. Это происходит потому что современные операционные системы могут синхронизировать часы со специализированными серверами по интернету. От вас требуется лишь указать часовой пояс или разрешить определение местоположения.

В большинстве случаев устройства используют протокол NTP для синхронизации даты и времени. Это специально разработанный протокол, который способен учитывать задержки на передачу информации. В последней реализации, точность при работе через интернет составляет 10 мс, а в локальных сетях всего 0,2 мс! С другой стороны, смартфоны чаще всего полагаются на данные, полученные от операторов мобильной связи. Так, отпадает необходимость вручную устанавливать часовой пояс, хотя сами операторы все равно используют NTP для синхронизации и получения информации о времени.

Почему так важно следить за временем

Простая на первый взгляд задача по поддержанию точного времени на самом деле может вызвать серьезные проблемы. Конечно это в первую очередь касается производительных серверов и мало затрагивает обычных пользователей. Однако и вы могли сталкиваться с проблемой несоответствия сертификатов безопасности при попытке зайти на сайт, если дата на компьютере была указана неверно.

Как компьютеры запоминают сколько сейчас времени?

Все современные устройства оснащены внутренними часами и элементом питания для поддержания их работы. Именно поэтому даже выключив компьютер и отключив интернет, в системе сохраняется информация о времени. Возможно вы сталкивались с проблемой, когда при каждом включении выдается ошибка о нарушении настроек BIOS и о том, что необходимо заново установить время. Такая ситуация происходит в тех случаях, когда батарейка просто села и уже не может поддерживать работу системных часов и сохранение настроек UEFI/BIOS.

Конечно же, достаточный набор свойств источника зависит от способа использования в программах. Например, одно устройство может предоставлять низкое разрешение и высокую длительность считывания, но при этом быть энергонезависимым и очень стабильным, а другое позволять измерять очень короткие промежутки времени, но при этом быстро переполняться, да ещё и не быть синхронизированным ни с чем больше.

Обзор таймеров в архитектуре PC

Источников времени в системе может быть несколько. Прикладные программы редко обращаются к каким-либо из них напрямую. Вместо этого используются всевозможные API, предлагаемые использованным языком программирования (например, C++11 &lt chrono &gt), средой исполнения (например, gettimeofday из POSIX или QueryPerformanceCounter на MS Windows), или даже системными вызовами используемой операционной системы.

Самой ОС также необходимо знать время и уметь отмерять его отрезки для планирования работы пользовательских потоков, учёта потреблённых ими ресурсов, профилировки производительности, управления энергопотреблением и т.п. При этом сама ОС работает напрямую с интерфейсами, предоставляемыми аппаратурой. Так как таймеров присутствует много, современные ОС умеют выбирать один «центрально» используемый в начале загрузки, исходя из своих представлений о «качестве» обнаруженных устройств (например, на некоторых системах часть таймеров может быть занесена в «чёрный список» из-за известных проблем в работе) или же настроек пользователя (параметр clocksource у ядра Linux и опции useplatformclock, tscsyncpolicy, disabledynamictick у BCDEDIT в Windows).
Опишу наиболее часто встречаемые устройства, являющиеся часами и таймерами в PC.

Общераспространённые

Часы реального времени (Real Time Clock, RTC) — источник текущей даты и времени для нужд ОС. Типичное разрешение этого таймера — одна секунда. Все системы, удовлетворяющие стандарту ACPI, имеют чип RTC, совместимый с Motorola MC146818, присутствовавшем в оригинальном IBM PC/AT с 1984 года. В современных системах RTC обычно интегрирован в набор системной логики южного моста на материнской плате (что означает довольно большую задержку при чтении). Энергонезависимость этого таймера обеспечивается специальной батарейкой. Принципы программирования RTC вызывают ностальгию по BCD-числам и проблеме Y2K.

Это удивительно, но первые системы IBM PC не имели в себе RTC. При каждом старте компьютера MS-DOS выдавала запрос на установку текущей даты и времени.
И даже в наше время не каждая вычислительная система способна хранить время между перезагрузками. Например, оригинальная RaspberryPi не имеет встроенного RTC (это было сделано для уменьшения стоимости), и правильная установка текущей даты/времени при загрузке системы зависит от синхронизации с сетевыми NTP-серверами.

Programmable Interval Timer (PIT) 8253 или 8254 от Intel — стандартный счётчик и таймер, имеющийся в PC с самого начала существования этой платформы (1981 год). Как и RTC, изначально был отдельной микросхемой, а ныне является частью системной логики. Довольно интересное устройство, содержащее три таймера (хотя последние два всегда были зарезервированы под задачи обновления ОЗУ и работу PC-спикера соответственно) и позволяющее запрограммировать их в различные режимы: периодические прерывания, однократное (one-shot) прерывание по таймауту, меандр и т.д.

Первый канал PIT до сих пор может использоваться ОС как источник прерываний для работы вытесняющего планировщика задач. Однако по современным меркам он не очень удобен в работе: низкая частота осциллятора 1193181,8 Гц (странное значение — это историческое наследие от частоты развёртки NTSC), ширина счётчика всего 16 бит (частое переполнение) при ширине регистров статуса и команд всего в восемь бит (т.е. приходится передавать или читать значение по частям), да и доступ к регистрам через медленный и негибкий механизм PIO (команды IN/OUT процессора).

Local APIC (advanced programmable interrupt controller), встроенный во все современные процессоры Intel (начиная с архитектуры P54C) и который в своём составе имеет ещё и таймер. Более того, каждый логический процессор имеет свой собственный LAPIC, что может быть удобно для выполнения работы, локальной для текущего ядра, без необходимости управления ресурсами. Однако, данное устройство не имеет фиксированной известной частоты; последняя скорее привязана к частоте ядра. Поэтому перед использованием программе необходимо её вычислить (калибровать), а для этого нужно дополнительное референсное устройство. Режимы, поддерживаемые LAPIC: однократное прерывание, периодические прерывание, и период, определяемый TSC.

Таймер в составе ACPI, почему-то называемый Performance Monitoring Timer (PMTIMER) — ещё одно устройство, которое поддерживается всеми системами, реализующими стандарт ACPI, с 1996 года. Данный таймер имеет частоту 3.579545 МГц, ширина регистра-счётчика может быть 24 или 32 бита. Сам таймер всегда активен при включенном питании системы и не зависит от режима работы центрального процессора.

High Precision Event Timer (HPET) — устройство, созданное как замена устаревшему PIT. Согласно стандарту, HPET должен содержать осциллятор, работающий с фиксированной частотой по крайней мере в 10 МГц, величину которой можно программно прочитать из его статусного регистра, и монотонно увеличивающий значение счётчик шириной в 64 бита. Также он должен содержать минимум три компаратора шириной в 32 или 64 бита, которые и используются для генерации прерываний по истечении запрограммированных периодов времени. Как и PIT, он способен работать в периодическом режиме или в режиме однократного прерывания. При этом метод его программирования (MMIO вместо PIO) удобнее и быстрее, чем у PIT, что вместе с повышенным разрешением, позволяет задавать интервалы более точно и с меньшей задержкой. Требуемая стабильность генератора равна 0,05% для интервалов длиннее 1 мс и 0,2% для промежутков короче 100 мкс; много это или мало — зависит от приложений.

Несмотря на то, что HPET уже давно присутствует в PC (с 2005 года), операционные системы не торопятся начать его использовать. Частично это вызвано не самым удобным способом задания интервалов с помощью возрастающего счётчика вместо убывающего — из-за немгновенности операций существует риск «не успеть» и задать событие в прошлом. Зачастую ОС используют таймер из APIC или PMTIMER, или же функциональность TSC, использующую такты процессора в качестве источника времени.

Трудная судьба инструкции RDTSC

История TSC достаточно интересна и поучительна, чтобы остановиться на ней подольше.
Сама идея очень прозрачная — использовать в качестве источника времени сам процессор, а точнее его тактовый генератор. Текущий номер такта сохраняется в регистре TSC (timestamp counter).
С помощью TSC можно как узнавать время от начала работы, так и замерять интервалы времени с помощью двух чтений. TSC также работает как будильник в связке с APIC в режиме TSC deadline.

RDTSC (Read TimeStamp Counter — прочесть метку времени) появилась в Intel® Pentium™. Она записывает в пару регистров EDX:EAX 64-битное число тактов, прошедших с момента последнего включения питания/перезагрузки текущего ядра процессора. В отличие от всех ранее описанных устройств, которые доступны только привилегированному коду, RDTSC по умолчанию может исполняться на любом уровне привилегий (хотя ОС может динамически отключить поддержку RDTSC в пользовательском режиме, и тогда она будет вызывать исключение).
RDMSR [0x10] — чтение модель-специфичного регистра (MSR) IA32_TIMESTAMP_COUNTER также возвращает текущее TSC. Данная инструкция допускается только в привилегированном режиме, и некоторые ОС активно используют именно её для чтения TSC (хотя лично мне непонятно, почему). Полезное свойство состоит в том, что через MSR значение TSC можно не только читать, но и изменять, используя инструкцию WRMSR.
RDTSCP — Наличие её можно установить, проверив соответствующий лист CPUID. О двух её отличиях от RDTSC будет сказано чуть ниже.

Что ж, TSC — вполне естественная штука с простой логикой и простым сценарием использования, которая должна обладать многими полезными свойствами: высокое разрешение (один такт ЦПУ), низкая задержка при чтении (десятки тактов), редкие переполнения (64-битного счётчика должно хватать минимум на 10 лет), монотонность чтений (ведь счётчик всегда увеличивает своё значение), равномерность (процессор всегда работает), согласованность с другими таймерами (при старте системы можно выставить нужное значение записью в MSR).
Разве что-то могло пойти не так? На пути к успешному использованию TSC в качестве основного средства измерения времени в PC встала последующая эволюция процессоров. Новые возможности, появившиеся в процессорах после Pentium, «испортили» RDTSC и много лет мешали использовать её как основной таймер в популярных ОС. Так, в 2006 году один из Linux-разработчиков Ingo Molnar писал:

Мы наблюдали, что в течение 10 лет ни одной реализации gettimeofday, основанной на TSC и работающей в общем случае, не было написано (а я написал первую версию для Pentium, так что и я в этом повинен), и что лучше мы обойдёмся без неё.

We just observed that in the past 10 years no generally working TSC-based gettimeofday was written (and i wrote the first version of it for the Pentium, so the blame is on me too), and that we might be better off without it.

Отмечу, что со временем в архитектуру IA-32 вносились коррективы, устранявшие проявившиеся недостатки, и в настоящий момент TSC может (пока опять не сломали) быть использован в том качестве, в котором он задумывался.

Внеочередное исполнение (Out of Order Execution, OoO). Начиная с Intel® Pentium™ Pro (1995 г.), процессор может исполнять машинные инструкции в порядке, отличном от использованного в программе, или даже параллельно (если они не зависят друг от друга). Это означает, что исполнение RDTSC может быть задержано или, наоборот, выполнено раньше, чем того требует последовательный программный порядок. Из-за этого, например, невозможно понять, сколько каких инструкций исполнилось между двумя вызовами RDTSC — нельзя надёжно измерить длительность участка кода. В результате не гарантируется монотонность показаний.
RDTSC не является инструкцией, сериализующей поток исполнения. Поэтому обычно используется «забор» из сериализующих команд вокруг неё, например, CPUID. Это, конечно, не выглядит очень изящно. В последующих обновлениях архитектуры появилась RDTSCP — инструкция, частично сериализующая поток исполнения, поэтому она не нуждается в дополнительных барьерах. У неё есть ещё одно хорошее свойство, но о нём чуть позже.
Управление энергопотреблением. Значение TSC увеличиваетсся каждый такт процессора. Всегда ли такт имеет один и тот же период, и всегда ли следующий такт следует сразу за предыдущим? Для Intel® Pentium™ это выполнялось. Для современных процессоров ответы на оба вопроса отрицательные. Процессор довольно значительную долю времени может быть приостановлен для экономии энергии (C-состояния). Исполняя инструкции, он может использовать динамическое изменение частоты для экономии энергии (P-состояния) или наоборот, для максимизации производительности (Turbo-состояния). Из этого следует, что просто счётчик тактов не будет обладать ни равномерностью, ни согласованностью.
И для этой проблемы было представлено (начиная с Nehalem) решение в виде т.н. invariant TSC, темп изменения которого не зависит от C- и P-состояний отдельных ядер.
Многопроцессорность и многоядерность. В системе с несколькими потоками, ядрами или процессорами у каждого из логических процессоров будет свой TSC. Это создаёт не одну, а целых две сложности.
Во-первых, значения, возвращаемые RDTSC на различных логических процессорах, могут оказаться сдвинутыми из-за неодновременности моментов инициализации ядер. Более того, из-за неустранимого дрейфа частот отдельных таймеров эта разница могла непредсказуемым образом флуктуировать в процессе работы.
Во-вторых, перестаёт работать возможность надёжно измерять время в пользовательских приложениях. Без дополнительных ухищрений вроде прописывания affinity в любой момент программа может быть вытеснена с одного процессора и затем продолжена на другом. Если процесс, желающий измерить длительность между двумя событиями, в процессе работы был перемещён ОС с одного ядра на другое, два чтения RDTSC, выполненные им, не будут связаны.
Для компенсации первой проблемы в последних поколениях процессоров для TSC заводится единый источник сигнала. Показания TSC со всех ядер при этом должны быть одинаковыми.
Для устранения второго недостатка RDTSCP обладает ещё одним свойством, позволяющим пользовательскому приложению детектировать миграцию в процессе измерения интервала времени. Кроме значения TSC в EDX:EAX она возвращает значение отдельного модель-специфичного регистра IA32_TSC_AUX в ECX. Обе записи происходят атомарно, т.е. TSC и TSC_AUX всегда берутся с одного логического процессора. В начале работы ОС должна выставить уникальные значения TSC_AUX на всех процессорах системы. Совпадение считанных ECX для двух вызовов RDTSCP гарантирует, что они были выполнены на одном процессоре; в противном случае на разницу двух TSC полагаться нельзя, и измерение следует повторить. Вообще этот механизм может иметь и другие применения; например, с помощью него можно оповещать приложение не только о факте миграции, но и просто о вытеснении, также способном исказить результаты измерений времени. Вместо прикладных программ могут выступать и «привилегированные»: гипервизор Xen использует данный механизм для нотификации DomU систем о миграции между машинами.

Прочие устройства

Выше я описал наиболее часто распространённые и используемые устройства по определению времени. Конечно же, конкретные системы могут иметь дополнительные устройства, уникальные для процессора, интегрированной логики или даже в форме специализированных периферийных устройств (например, сверхточные атомные часы). Степень их доступности из программ зависит от того, существует ли драйвер для конкретного устройства в выбранной ОС. Так, пробежавшись по исходникам Linux, я нашёл как минимум ещё два поддерживаемых источника времени для сборок x86: устройство NatSemi SCx200 в системах AMD Geode, и Cyclone для систем IBM x440. К сожалению, в Интернете не очень много документации по ним.

PowerPC. Спецификации для 32- и 64-битных систем постулируют наличие регистра TB (time base) шириной в 64 бита, доступного на чтение пользовательским приложениям и на чтение/запись из супервизора. Изменения TB должны монотонно не убывать и не обязаны быть равномерными, а их частота зависит от реализации. Также из режима супервизора доступен 32-битный регистр DEC (decrementer), позволяющий программировать прерывание через промежуток времени. Его значение убывает до нуля с той же самой частотой, с которой возрастает TB.
ARM. В целом наличие средств измерения времени сильно зависит от выбранного семейства. На архитектуре ARM11 регистр CCNT может быть использован для чтения текущего номера такта; однако ширина его всего 32 бита, что означает переполнение примерно каждые 10 секунд на системе с частотой в 400 МГц. На системах Cortex M3 присутствует устройство Systick шириной 24 бита, а скорость его изменения специфицируется значением из регистра TENMS.
Intel ® IA-64 (Itanium). На данных системах в качестве счётчика тактов используется 64-битный регистр ar.itc (interval time counter). Для программирования периодов времени может использоваться набор регистров cr.itm (interval timer match), cr.itv (interval timer vector). Первый задаёт значение ITC, при котором сгенерируется прерывание, а второй определяет его номер.
SPARC v9. Архитектура подразумевает наличие 63-битного регистра TICK. Последний 64-й бит этого регистра контролирует, разрешено ли непривилегированному приложению читать время.

Заключение

Я надеюсь, что из этой заметки стало понятно, что работа со временем внутри компьютера на системном уровне на самом деле далека от тривиальной. Требования к устройствам, поставляющим время, зависят от решаемой задачи, и не всегда легко найти полностью подходящий вариант. При этом сами устройства зачастую содержат «архитектурные особенности», способные сломать голову несчастному программисту.
Однако это всё архитектурная присказка к симуляционной сказке. На самом деле мне хотелось рассказать о том, как можно моделировать весь этот зоопарк устройств. В следующей статье я опишу, как проявляется капризная природа времени при создании виртуальных окружений — симуляторов и мониторов виртуальных машин. Спасибо за внимание!

В информатике и компьютерном программировании , системное время представляет понятие компьютерной системе , по прошествии времени. В этом смысле время также включает дни в календаре .

Системное время измеряется часами системы , которая , как правило , реализуется как простой подсчет числа клещей , которые произошли с момента произвольной начальной даты, называемой эпохой . Например, Unix и POSIX - совместимые системы кодирования системного времени ( « Unix времени ») , как число секунд , прошедших с начала эпохи Unix на 1 января 1970 00:00:00 UT , с исключениями для високосных секунд . Системы, реализующие 32-разрядные и 64-разрядные версии Windows API , такие как Windows 9x и Windows NT , предоставляют системное время как SYSTEMTIME , представленное как значение года / месяца / дня / часа / минуты / секунды / миллисекунд. , и FILETIME , представленное как количество 100-наносекундных тиков с 1 января 1601 г. 00:00:00 UT по пролептическому григорианскому календарю .

Системное время можно преобразовать в календарное время , которое является формой, более подходящей для понимания человеком. Например, системное время Unix 1 000 000 000 секунд с начала эпохи переводится в календарное время 9 сентября 2001 г. 01:46:40 UT . Подпрограммы библиотеки, которые обрабатывают такие преобразования, могут также иметь дело с настройками часовых поясов , летнего времени (DST), дополнительных секунд и настроек локали пользователя . Также обычно предоставляются библиотечные подпрограммы, которые преобразуют календарное время в системное время.

СОДЕРЖАНИЕ

Другие измерения времени

С системным временем тесно связано время процесса , которое является подсчетом общего времени ЦП, потребляемого выполняющимся процессом . Оно может быть разделено на пользовательское и системное процессорное время, представляющее время, затрачиваемое на выполнение пользовательского кода и кода ядра системы , соответственно. Время процесса - это сумма инструкций процессора или тактовых циклов и, как правило, не имеет прямой зависимости от времени на стене .

Файловые системы отслеживают время создания, изменения и / или доступа к файлам, сохраняя временные метки в блоке управления файлом (или индексном узле ) каждого файла и каталога .

История

Большинство персональных компьютеров первого поколения не отслеживали дату и время. К ним относятся системы, работающие под управлением операционной системы CP / M , а также ранние модели Apple II , BBC Micro и Commodore PET , среди прочих. Дополнительные периферийные платы, которые включали микросхемы часов реального времени со встроенной резервной батареей, были доступны для IBM PC и XT , но IBM AT был первым широко доступным ПК, оснащенным оборудованием даты / времени, встроенным в материнская плата . До того, как компьютерные сети стали широко доступными , большинство персональных компьютерных систем, которые действительно отслеживали системное время, делали это только относительно местного времени и не делали поправок на разные часовые пояса .

Благодаря современным технологиям большинство современных компьютеров отслеживают местное гражданское время, как и многие другие домашние и личные устройства, такие как видеомагнитофоны , видеорегистраторы , приемники кабельного телевидения , КПК , пейджеры , сотовые телефоны , факсы , автоответчики , фотоаппараты , видеокамеры и т. Д. центральные кондиционеры и микроволновые печи .

Микроконтроллеры, работающие во встроенных системах (таких как Raspberry Pi , Arduino и другие подобные системы ), не всегда имеют внутреннее оборудование для отслеживания времени. Многие такие системы контроллеров работают без знания внешнего времени. Те, кому требуется такая информация, обычно инициализируют свое базовое время после перезагрузки , получая текущее время из внешнего источника, такого как сервер времени или внешние часы, или предлагая пользователю вручную ввести текущее время.

Реализация

Системного тактового сигнала , как правило , реализован в виде программируемого таймера интервала , который периодически прерывает процессор, который затем начинает выполнение таймера прерывания процедуры обслуживания. Эта процедура обычно добавляет один тик к системным часам (простой счетчик) и обрабатывает другие периодические служебные задачи ( вытеснение и т. Д.), Прежде чем вернуться к задаче, которую ЦП выполнял до прерывания.

Получение системного времени

Системное время Википедии, когда эта страница была в последний раз создана.
→ Очистите эту страницу и обновите этот счетчик.

В следующих таблицах показаны методы получения системного времени в различных операционных системах , языках программирования и приложениях . Значения, отмеченные (*), зависят от системы и могут отличаться в зависимости от реализации. Все даты даны по григорианскому или пролептическому григорианскому календарю .

Обратите внимание, что разрешение измерения времени реализацией не означает такой же точности таких измерений. Например, система может возвращать текущее время как значение, измеренное в микросекундах, но на самом деле способна распознавать отдельные такты часов с частотой всего 100 Гц (10 мс).

Любой поклонник электроники или компьютеров знает, что компьютеры, которые мы используем каждый день, оснащены часы реального времени и что благодаря аккумулятору, встроенному в материнскую плату, часы всегда идут вовремя, даже когда компьютер отключен от сети. ручей. Но вы когда-нибудь задумывались Как это работает и особенно, каково использование ПК с этими внутренними часами?

У внутренних часов реального времени ПК есть утилита, которая выходит далеко за рамки показа времени на панели задач, и это означает, что, как мы буквально объясним ниже, ПК не мог бы работать без них. Почему? Мы сразу же подробно объясним вам это, но в качестве предварительного просмотра мы скажем вам, что без этих часов процессор ПК не знал бы, когда он должен выполнять вычисления.

Что такое часы реального времени или RTC и для чего они нужны?

Часы реального времени, также известные как RTC для его аббревиатуры на английском языке " часы реального времени «, Это компьютерные часы, обычно в виде интегральной схемы (на материнских платах это всего лишь один из множества микросхем), которые созданы с единственной целью - следить за временем. Естественно, он считает часы, минуты, секунды, месяцы, дни и даже годы.

RTC можно найти как в компьютерах (настольных и портативных), так и в интегрированных системах, серверах и любых электронных компонентах, имеющих процессор, поскольку для этих элементов требуется точный хронометр для их работы, как мы вскоре объясним. Очень важно иметь возможность продолжать работать, даже когда компьютер выключен или если батарея разряжена, поэтому обычно они носят с собой батарея в формате CR1220 или CR2032 что гарантирует автономную работу на долгие годы.

Часы реального времени вашего ПК должны иметь возможность точно отсчитывать время, даже когда устройство выключено, поскольку они часто используются в качестве триггера для включения устройства или для запуска таких событий, как будильники. В интегральных схемах старых систем используются литиевые батареи, в то время как в некоторых современных устройствах для этого используются вспомогательные батареи (например, батарея, о которой мы говорили) или даже суперконденсаторы. Микросхемы RTC, в которых используются суперконденсаторы, являются перезаряжаемыми и при желании могут быть припаяны, но, как мы уже упоминали сегодня, большинство из них используют батарею, которая при удалении сбрасывает RTC в исходную точку (и вам нужно вернуться, чтобы установить системное время) .

ИС RTC регулируют время с помощью кварцевого генератора, поэтому они не зависят от тактовых сигналов, как большинство аппаратных часов (например, ЦП, который зависит от этих часов реального времени). Помимо функции синхронизации системы и ее часов, часы реального времени гарантирует, что все процессы в системе правильно синхронизированы, что важно для работы ЦП. Хотя некоторые могут возразить, что это работа внутренних системных часов, на самом деле это зависит от часов реального времени.

Преимущества использования RTC на ПК:

ИС RTC оказались более необходимыми, чем другие методы, такие как программирование таймера контроллера.
Это освобождает основную систему от критических задач по времени.
Он имеет низкое энергопотребление и практически идеальную стабильность частоты даже при низком заряде батареи.

Как работает RTC на ПК?

Информация о часах реального времени может быть прочитана микропроцессор , обычно через последовательный интерфейс, чтобы программное обеспечение или встроенное ПО могли выполнять функции, зависящие от времени. Процессор синхронизирует системное время с часами реального времени в абсолютном отсчете времени и, не будучи похожим на атомные часы, практически не имеет никаких отклонений, что позволяет процессору выполнять точные вычисления. На изображении выше вы можете увидеть схему работы простого модуля RTC.

RTC обычно подключается к ЦП через Последовательная шина SPI или I2C , и может содержать ряд других функций, таких как резервная память, сторожевой таймер для отслеживания работы процессора или таймеры обратного отсчета для генерировать события в реальном времени . Некоторые RTC включают в себя выходы секундных или минутных прерываний и достаточно умны и автономны, чтобы учесть високосные годы .

Часы реального времени отсчитывают время, отсчитывая циклы генератор , обычно из кристалла кварца и работает на 32.768 кГц . Это позволяет RTC обнаруживать пульсации 50/60 Гц от источника питания или обнаруживать и накапливать переходы от тика устройства GPS. RTC, который делает это, работает как контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), изменяя свое внутреннее опорное значение тактовой частоты, чтобы «синхронизировать» его с внешним сигналом. Если RTC теряет свое внешнее задание, он может снова обнаружить это событие (поскольку ФАПЧ выходит из строя) и работать автономно со своим внутренним генератором.

RTC, работающий по собственной внутренней ссылке, будет интегрировать предел погрешности связаны с абсолютной точностью эталонного кристалла и будут зависеть от ряда условий, в том числе температура . Кристаллы предназначены для работы в диапазоне температур от -10 ° C до 60 ° C, и их точность снижается, если температура отклоняется от этого диапазона.

Некоторые RTC имеют встроенную температурную компенсацию, которая может расширить и повысить точность кварцевого генератора. Кристаллы также стареют, и это меняет их физическую природу, так что со временем они теряют точность. Типичные недорогие кристаллы, используемые в аппаратном обеспечении ПК, имеют допуск по частоте +/- 20 ppm (частей на миллион). Это означает, что кристалл с такой погрешностью может дрейфовать до 72 мс в час или 1.7 секунды в день, поэтому иногда потребуется калибровка.

Процессор, подключенный к RTC, получает обновленное системное время и постоянно записывает это новое значение в RTC, чтобы избежать этих отклонений, то есть CPU постоянно калибрует RTC чтобы всегда быть точным.

Читайте также: