die meisten (komplizierteren) digitalen Schaltungen laufen synchron - d.h. es gibt ein gemeinsames Taktsignal. Ein Baustein (oder eine Einheit) liefert die Daten an seinem Ausgang - und genau beim Taktsignal übernimmt der nächste Baustein (nächste Einheit) diese Daten.
Das Taktsignal ist - so wie alle digitalen Signale - idealerweise bzw. theoretisch ein Rechtecksignal. Normalerweise wird dabei entweder die steigenden oder die fallende Flanke des Taktsignals verwendet.
(Folgendes überspringen, wenn's net klar ist
Bei den hohen Frequenzen, die mittlerweilen verwendet werden, ist das Problem, dass es bereits bei relativ kurzen Leitungen zu kapazitiven Verlusten kommt. Als wären Kondensatoren zwischen den Leitungen geschaltet. Und Kondensatoren wirken bei hohen Frequenzen wie niedrige Widerstände. D.h. der Strom rinnt nicht zum nächten Baustein sondern quasi zwischen den Leitungen. Praktiscsh ist das so, dass sich die Elektronen bzw. Löcher in zwei nebeneinanderliegenden Leiterbahnen gegenseitig anziehen (+ und - zieht sich an - elektrisches Feld). Und die bleiben dann dort an den Leiterbahngrenzen. Und wenn jetzt das Signal wechselt (z.B. von High auf Low), dann können diese Elektronen oder Löcher zurückfließen. Bei extrem hohen Frequenzen und bei langen Leitunge hätte man dadurch fast einen Kurzschluss auf einer Leitung, die aber gar nicht verbunden ist! Bei uns ist das Problem, dass das Signal beim anderen Baustein nicht sofort oder nicht sauber ankommt. Es kommt kein Rechtecksignal mehr an, sondern eher etwas abgerundet Trapezförmiges - oder Richtung Sinus-Signal bzw. wenn ganz extrem: Gar nix mehr.
Zusammengefasst: Lange Leitung und hohe Frequenzen machen Probleme.
Wie oben erwähnt, wird normalerweise beim Taktsignal immer nur die fallende oder steigene Taktflanke als Takt verwendet. Angenommen ich will Daten vom Speicher zur CPU übertragen. Das Taktsignal hat 100 MHz. D.h. es gibt 100 x 10^6 steigende Taktflanken pro Sekunde - alle 10 ns eine. Was kann mit den Signalen auf den Datenleitungen zwischen zwei steigenden Taktflanken passieren: Es kann gleichbleiben, von high auf low gehen, oder von low auf high. D.h. auf den Datenleitungen habe ich max. eine Signaländerung - am Taktsignal aber zwei. Wenn ich also nur die steigende Taktflanke des Taktsignals nehme, dann ist die Frequenz am Taktsignal mindestens doppelt so hoch, wie die Frequenz auf den Datenleitungen. Bei einer Taktfrequenz von 100 MHz würden die Frequenz auf der Datenleitung nur maximal 50 MHz sein. Anders ausgedrückt: Der Abstand zwischen zwei steigenden Takflanken ist 10ns, aber der Abstand zwischen zwei steigenden Flanken am Datensignal ist minimal 20ns. Trotzdem werden die Daten mit 100 MHz übertragen, weil ja alle 10ns das Signal abgetastet wird.
Das bedeutet, dass meine einzige kritische Leitung das Taktsignal ist. Auf den Datenleitungen ist eh alles nur halb so schnell, also kein Problem. Man würde also einiges verschenken, weil man beim Platinendesign alles auf die hohe Frequenz des Taktsignals auslegen muss. Deswegen werden schon seit einigen Jahren beide Flanken des Taktsignals benutzt - steigende und fallende. Müsste dann Double Pumped heißen.
Bei Quad Pumped wird das Taktsignal intern nochmals verdoppelt bzw. der Abstand der Takflanken halbiert. Auf den Leitungen wird nur das normale Taktsignal verwendet, aber die Bausteine greifen die Datensignale 4 mal pro Takt ab: Steigende Flanke, fallende Flanke und 2 mal dazwischen.
Das was ich jetzt schreibe ist eher eine Vermutung:
Oben habe ich ja schon geschrieben, dass die Frequenz von 50MHz ein Maximum ist - diese Frequenz tritt dann auf, wenn man immer 010101 usw. versenden würde. Nur dann ändert sich jedesmal das Signal. Nur dann habe ich den Abstand von 20ns zwischen zwei steigenden Takflanken.
Im Mittel ändert sich aber ein Signal auf der Datenleitung nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 50%. D.h. im Mittel habe ich nur eine Frequenz von 25MHz auf der Leitung.
Und ich denke, das dass ausgenutzt wird. Statt also jetzt nur einmal pro Periode des Taktsignals (z.B. bei der steigenden Flanke) das Datensignal zu übernehmen, wird es 4 mal übernommen. Damit ist die mittlere Freuqenz auf der Datenleitung 100Mhz - genauso hoch wie auf der Taktleitung. Da aber die Daten 4 mal übernommen werden, beträgt die Datenübertragungsrate 400 MHz.