Wie kann ein Computer wissen, wie lang eine Sekunde ist und ist er so genau, wie eine Atomuhr?
Hallo Leute!
Heutzutage ist es selbstverständlich, dass wir Timer und Uhren auf unseren PCs und Handys haben.
Doch wie kann das Smartphone eine Uhrzeit auf die Millisekunde messen? Ist es wirklich 100% genau (langfristig)?
6 Antworten
Rechner haben je nach Komplexität verschiedene Zeitnominale, die mit definierten Frequenzen schwingen (Taktgeber). Ich muß also nur die Perioden zählen und die Frequenz kennen und schon kann ich eine Sekunde abmessen. (So funktionieren im PRinzip auch Quarzuhren, typische Frequenz 32768 Hz)
PCs haben dazu noch eine RTC (mit Batteriepuffer), das ist im Endeffekt eine Quarzuhr in digitaler Form, die Genauigkeit einfacher Quarzuhren liegt bei ~15s pro Monat bei relativ stabilen Umgebungsbedingungen. Mit Temperaturkompensation u.ä. geht es auch etwas besser.
Der Rest wird durch Synchronisation erreicht, so ist es dann z.B. auch möglich Abweichungen des Taktgebers von der Nominalfrequenz zu bestimmen und zu kompensieren.
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Weil Du an anderer Stelle gefragt hast, 32768 entspricht genau 2^16. Ich nehme also ein 16-Bit Register und addiere mit jedem Takt eine 1. Irgenwann komme ich bei 16 1en an (32767), dem maximalen Wert des Registers, addiere ich nun nochmals eine 1, so läuft das Register über, es springt auf 0 zurückt und die Signalleitung für den Übelauf wird aktiviert (Carryflag), genau das ist meine Sekunde, immer wenn das passiert zähle ich folglich mein Sekundenregister um 1 hoch.
Alle Computer (auch Handies) brauchen einen "Taktgeber", diese sind hochgenau - und müssen es auch sein.
"Man" muss also "nur" due Takte zählen und mit der Länge eines Taktes zu multiplizieren und man gat eine sehr genaue Zeitmessung.
Zudem synchronsieren sich Handy und Rechner auch übers Netz.
So genau wie eine Atomuhr sind sie aber bei weitem nicht. Hier steckt nochmals eine ganz andere Technologie dahinter.
normale Quarzuhr, die häufig übers Internet mit den großen Atomuhren synchronisiert wird.
Tatsächlich kann kein Computer die Zeit nicht wirklich "messen".
Jeder Computer hat (Konstruktionsprinzip) einen Quarz-Oszillator eingebaut. Das bedeutet: In seinem Inneren befindet sich ein elektronisches Bauteil, welches vibriert (schwingt), wenn man Strom anlegt.
Ein Quarz schwingt immer einer einer festen Frequenz. In der Computertechnik nennt man das "Taktfrequenz". Diese ist die Basis jeder Computerberechnung. Moderne Computer arbeiten mit Taktfrequenzen im Gigahertz Bereich (1 Gigahertz = 1 Billionen Schwingungen pro Sekunde).
Es gibt schon lange Computer, bei welchen man die Taktfrequenz ändern kann. Man spricht dabei in der der Regel von "Übertaktung", weil man den Computer schneller machen will.
Und aus dieser fest eingestellten Taltfrequenz berechnet der COmputer schlicht und ergreifend die Zeit. Denn das Maß der Sekunde ist ihm ja schon vorgegeben, denn er bekommt den Takt ja in "Schwingungen pro Sekunde". Somit braucht er nur zu kontrollieren, ob eine Schwingung vergangen ist - und hat somit die Dauer einer Sekunde definiert. nach 60 Sekunden hat er die Dauer einer Minute definiert und so weiter.
Quarz-Oszillatoren sind grundsätzlich recht präzise und geben den Takt sehr stabil an. Aber auch sie gehen - auf lange Zeit gesehen - immer ein wenig "falsch" .... allerdings nur im Bruchteil von Mikrosekunden.
Dennoch: Bei Computern, welche lange laufen, und nicht mit einem Zeitdienst synchronisiert werden, gehen die Uhren irgendwann einmal falsch - wenn auch kaum merkbar und sicherlich nur im Sekundenbereich.
Daher hat man die Snychornisierung mit Zeit-Servern eingeführt und den Menschen somit die Möglichkeit gegeben, ihre Computeruhr mit einer Atomuhr abzugleichen.
Das wird gerade bei Smartphones schon alleine durch die Kommunikation erledigt. Zum einen ist da das GPS-Zeitsignal, welches von den Satelliten geschickt wird - ebenso wie ein Zeitsignal, welches mit dem Mobilfunksignal ausgestrahlt wird und zwingen dfür die Taktung der digitalen Sprachübermittlung notwendig ist.
Auf dem Mainboard ist da ein kleiner Chip. Strom bekommt er vom Netzteil oder von einer kleinen Batterie. Die Zeit wird aber dann auch noch aus dem Internet synchronisiert. Viele Grüße
https://www.idealwatch.de/wie-funktioniert-eine-digitaluhr/ erklärt die Funktion einer Digitaluhr sehr gut. Viele Grüße
Der Chip funktioniert, wie eine Uhr? Wie genau funktioniert das und ist es 100% genau?