2001/8/15公開

第3回　なぜ14.31818MHｚ水晶発振子？

　今回は、マザーボードのお話ですが、そもそもＣＰＵのクロックは１ＧＨｚとか1.8GHｚとなっていますが、ＣＰＵ単独ではこのクロックを作り出せないのはみなさんご存知かと思います。それでは、このクロックはどこから発生しているのでしょうか。マザーボードを良く見てみると、下記の画像の水晶発振子があるのが分かります。これがＰＣ全体で使用するクロックの発振源です。

Abit BF6 の水晶発振子

ＰＣのマザーボードにはこの水晶発振子が必ずついています。また、この水晶発振子の周波数は必ず14.31818ＭＨｚという中途半端な周波数となっていますが、これには理由があります。

１．ＰＣの表示装置に家庭用テレビを使用していたため
14.31818MHｚの水晶発振子はＴＶ用サブキャリア（TVは情報を複数のサブキャリアに分けてデータ伝送します）で使用する周波数3.58ＭＨｚを作り出すための水晶発振子で、家庭用テレビに使用されていました。ＰＣの表示装置は当初家庭用テレビや同じ信号を使うNTSCタイプのモニタに表示していたので、この水晶発振子の使用は都合が良かったのです。

２．安価である
なんと言っても、ＰＣを普及されせるためには価格は大事な要素です。3.58MHｚではなく14.31818ＭＨｚの周波数をそのまま使用したのは、テレビ、ビデオで多く使用する水晶発振子であるため大量生産のスケールメリットの恩恵を受けることができ安価に部品を入手することが可能であるためでした。また、周波数が高い分、精度も上がると考えられていました。

ｉ386ＣＰＵの時代にはマザーボードにＣＰＵに合わせて16ＭＨｚ、25ＭＨｚ、33ＭＨｚの水晶発振器（水晶発振子に発振回路を組み込んだもの）が取り付けられていました。また、複数の水晶発振器を取り付けてジャンパーピンで切り替えるマザーボードもありましたが、コストも高くつきました。ＣＰＵのアップグレードもし難く、当時の技術では30ＭＨｚ以上の高周波数を水晶発振器で直接作り出すことは実現できませんでした。そこで、14.31818MHｚの周波数から現在ＰＣで使用しているような33MHｚ、66MHｚ、100MHｚ、133MHｚなどいろいろな周波数を作り出すためのPLL回路が考え出されました。

ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路とは、位相（Ｐｈａｓｅ）を固定（Ｌｏｃｋｅｄ）した循環（Ｌｏｐｐ）回路ということらしいのですが、回路の詳細は難しいので省略します。実際のマザーボードにはＣＰＵ用、ＰＣＩバス用、システムバス用の3個のＰＬＬ回路を持ったクロックジェネレータ回路（ＰＬＬクロックジェネレータ）によりそれぞれのデバイスに必要な周波数を作り出しています。

ＰＬＬクロックジェネレータを使うようになったのは、
１．安価な14.31818ＭＨｚの水晶発振子が使用できる。
２．発振回路をコンパクトにできる。
３．周波数の変更がジャンパーもしくはＢＩＯＳ上で簡単にできる。
４．ＰＬＬ回路によりいろいろな高い周波数を作り出すことができる。
などが、主な理由となっています。

このちっぽけな水晶発振子がＰＣにとって重要な部品であることが理解できましたでしょうか。みなさんもう一度、マザーボードをじっくり眺めてみてください。ちっぽけな水晶発振子が偉大に見えるでしょう！

※俄か勉強でしたので誤った理解になっているかも知れませんのがご勘弁を！！