de meeste geïntegreerde schakelingen (ICs) die voldoende complex zijn, maken gebruik van een kloksignaal om verschillende delen van het circuit te synchroniseren, waarbij de cycli langzamer verlopen dan de slechtste interne propagatievertragingen. In sommige gevallen is meer dan één klokcyclus nodig om een voorspelbare actie uit te voeren. Naarmate ICs complexer wordt, wordt het probleem van het leveren van nauwkeurige en gesynchroniseerde klokken aan alle circuits steeds moeilijker. Het meest vooraanstaande voorbeeld van dergelijke complexe chips is de microprocessor, het centrale onderdeel van moderne computers, die afhankelijk is van een klok van een kristal oscillator. De enige uitzonderingen zijn asynchrone circuits zoals asynchrone CPU ‘ s.
een kloksignaal kan ook omheind zijn, dat wil zeggen gecombineerd met een besturingssignaal dat het kloksignaal voor een bepaald deel van een circuit in-of uitschakelt. Deze techniek wordt vaak gebruikt om stroom te besparen door effectief delen van een digitaal circuit af te sluiten wanneer ze niet in gebruik zijn, maar komt ten koste van verhoogde complexiteit in timing analyse.
eenfasige klokstand
de meeste moderne synchrone circuits gebruiken alleen een “eenfasige klok” – met andere woorden, alle kloksignalen worden (effectief) over 1 draad verzonden.
Tweefasenklok
in synchrone circuits, verwijst een “tweefasenklok” naar kloksignalen verdeeld over 2 draden, elk met niet-overlappende pulsen. Traditioneel wordt één draad “fase 1” of “φ1” genoemd, de andere draad draagt het “Fase 2” of “φ2” signaal. Omdat de twee fasen gegarandeerd niet-overlappend zijn, kunnen omheinde sluitingen in plaats van randgestuurde slippers worden gebruikt om statusinformatie op te slaan, zolang de ingangen naar sluitingen in de ene fase alleen afhankelijk zijn van de uitgangen van sluitingen in de andere fase. Aangezien een gated latch slechts vier poorten versus zes poorten gebruikt voor een kant-getriggerde flip-flop, kan een twee-fase klok leiden tot een ontwerp met een kleinere totale gate count, maar meestal op een penalty in ontwerp moeilijkheidsgraad en prestaties.
MOS ICs maakte in de jaren zeventig meestal gebruik van dubbele kloksignalen (een tweefasige klok). Deze werden extern gegenereerd voor zowel de 6800 als de 8080 microprocessors. De volgende generatie van microprocessors opgenomen de klok generatie op chip. De 8080 gebruikt een 2 MHz klok maar de verwerkingsdoorvoer is vergelijkbaar met de 1 MHz 6800. De 8080 vereist meer klokcycli om een processorinstructie uit te voeren. De 6800 heeft een minimale kloksnelheid van 100 kHz en de 8080 heeft een minimale kloksnelheid van 500 kHz. Hogere snelheid versies van beide microprocessors werden uitgebracht in 1976.
de 6501 heeft een externe 2-fase klok generator nodig.De MOS Technology 6502 maakt intern gebruik van dezelfde 2-fase logica, maar bevat ook een twee-fase klokgenerator op de chip, dus het heeft slechts een enkele fase klokinvoer nodig, wat het systeemontwerp vereenvoudigt.
4-Fasige klokstand
sommige vroege geïntegreerde schakelingen maken gebruik van vierfasige logica, waarvoor een vierfasige klokingang nodig is, bestaande uit vier afzonderlijke, niet-overlappende kloksignalen.Dit was vooral gebruikelijk onder de vroege microprocessors zoals de National Semiconductor IMP-16, Texas Instruments TMS9900 en de Western Digital wd16 chipset gebruikt in de Dec LSI-11.
Vierfaseklokken werden slechts zelden gebruikt in nieuwere CMOS-processoren zoals de Dec WRL Multitan-microprocessor. en in Intrinsity ‘ s Fast14-technologie. De meeste moderne microprocessors en microcontrollers gebruiken een eenfasige klok.
klokmultiplierdit
veel moderne microcomputers gebruiken een” klokmultiplier ” die een externe klok met een lagere frequentie vermenigvuldigt met de juiste kloksnelheid van de microprocessor. Hierdoor kan de CPU op een veel hogere frequentie werken dan de rest van de computer, wat prestatieverbeteringen mogelijk maakt in situaties waarin de CPU niet hoeft te wachten op een externe factor (zoals geheugen of input/output).
dynamische frequentieveranderingdit
verreweg de meeste digitale apparaten hebben geen klok nodig op een vaste, constante frequency.As zolang de minimale en maximale klokperiodes worden gerespecteerd, kan de tijd tussen klokranden sterk variëren van de ene kant naar de volgende en weer terug.Dergelijke digitale apparaten werken net zo goed met een klokgenerator die dynamisch van frequentie verandert, zoals spread-spectrum klokgeneratie, dynamische frequentieschaling, enz.Apparaten die gebruikmaken van statische logica hebben niet eens een maximale klokperiode (of met andere woorden, minimale klokfrequentie); dergelijke apparaten kunnen voor onbepaalde tijd worden vertraagd en gepauzeerd en vervolgens op een later tijdstip met volledige kloksnelheid worden hervat.