La mayoría de los circuitos integrados (IC) de complejidad suficiente utilizan una señal de reloj para sincronizar diferentes partes del circuito, circulando a una velocidad más lenta que los retrasos de propagación internos en el peor de los casos. En algunos casos, se requiere más de un ciclo de reloj para realizar una acción predecible. A medida que los circuitos integrados se vuelven más complejos, el problema de suministrar relojes precisos y sincronizados a todos los circuitos se vuelve cada vez más difícil. El ejemplo preeminente de tales chips complejos es el microprocesador, el componente central de las computadoras modernas, que se basa en un reloj de un oscilador de cristal. Las únicas excepciones son los circuitos asíncronos, como las CPU asíncronas.
Una señal de reloj también puede estar cerrada, es decir, combinada con una señal de control que habilita o deshabilita la señal de reloj para una determinada parte de un circuito. Esta técnica se usa a menudo para ahorrar energía al apagar de manera efectiva partes de un circuito digital cuando no están en uso, pero tiene un costo de mayor complejidad en el análisis de tiempo.
Reloj monofásicoeditar
La mayoría de los circuitos síncronos modernos utilizan solo un «reloj monofásico», en otras palabras, todas las señales de reloj se transmiten (efectivamente) en 1 cable.
Reloj bifásicoeditar
En circuitos síncronos, un «reloj bifásico» se refiere a señales de reloj distribuidas en 2 cables, cada uno con pulsos no superpuestos. Tradicionalmente, un cable se llama «fase 1» o «φ1», el otro cable lleva la señal de «fase 2» o «φ2». Debido a que las dos fases se garantizan que no se superponen, los cierres cerrados en lugar de las chanclas activadas por los bordes se pueden usar para almacenar información de estado, siempre que las entradas a los cierres en una fase solo dependan de las salidas de los cierres en la otra fase. Dado que un pestillo cerrado utiliza solo cuatro puertas frente a seis puertas para un flip-flop activado por bordes, un reloj de dos fases puede llevar a un diseño con un número total de puertas más pequeño, pero generalmente con alguna penalización en dificultad de diseño y rendimiento.
Los circuitos integrados MOS solían utilizar señales de reloj dual (un reloj de dos fases) en la década de 1970. Estos se generaron externamente para los microprocesadores 6800 y 8080. La siguiente generación de microprocesadores incorporó la generación de relojes en el chip. El 8080 utiliza un reloj de 2 MHz, pero el rendimiento de procesamiento es similar al 6800 de 1 MHz. El 8080 requiere más ciclos de reloj para ejecutar una instrucción de procesador. El 6800 tiene una velocidad de reloj mínima de 100 kHz y el 8080 tiene una velocidad de reloj mínima de 500 kHz. Las versiones de mayor velocidad de ambos microprocesadores fueron lanzadas en 1976.
El 6501 requiere un generador de reloj externo de 2 fases.El MOS Technology 6502 utiliza la misma lógica de 2 fases internamente, pero también incluye un generador de reloj bifásico en el chip, por lo que solo necesita una entrada de reloj monofásico, lo que simplifica el diseño del sistema.
Reloj de 4 fásaseditar
Algunos primeros circuitos integrados utilizan lógica de cuatro fases, que requieren una entrada de reloj de cuatro fases que consiste en cuatro señales de reloj separadas y no superpuestas.Esto era particularmente común entre los primeros microprocesadores como el National Semiconductor IMP-16, Texas Instruments TMS9900 y el chipset Western Digital WD16 utilizado en el DEC LSI-11.
Los relojes de cuatro fases solo se han utilizado raramente en procesadores CMOS más nuevos, como el microprocesador multititan DEC WRL. y en la tecnología Fast14 de Intrinsity. La mayoría de los microprocesadores y microcontroladores modernos utilizan un reloj monofásico.
Multiplicador de relojeditar
Muchos microcomputadores modernos utilizan un «multiplicador de reloj» que multiplica un reloj externo de menor frecuencia a la velocidad de reloj apropiada del microprocesador. Esto permite que la CPU funcione a una frecuencia mucho más alta que el resto de la computadora, lo que permite ganancias de rendimiento en situaciones en las que la CPU no necesita esperar un factor externo (como memoria o entrada/salida).
Cambio de frecuencia dinamicaeditar
La gran mayoría de los dispositivos digitales no requieren un reloj a una constante fija frequency.As siempre que se respeten los períodos de reloj mínimo y máximo, el tiempo entre los bordes del reloj puede variar ampliamente de un borde a otro y viceversa.Estos dispositivos digitales funcionan igual de bien con un generador de relojes que cambia dinámicamente su frecuencia, como la generación de relojes de espectro extendido, el escalado de frecuencia dinámica, etc.Los dispositivos que usan lógica estática ni siquiera tienen un período de reloj máximo (o, en otras palabras, una frecuencia de reloj mínima); dichos dispositivos pueden ralentizarse y pausarse indefinidamente, y luego reanudarse a velocidad de reloj completa en cualquier momento posterior.