科普——石英，石英钟，时钟频率
2014-04-17 13:47阅读：
【以下多参考自维基百科、百度百科、互动百科，部分参考自互动社区，未一 一注明】
先做两点个人理解的解释：1
.
石英之所以用来做钟表，是因为他的震荡极为规律，而其震荡的快慢则是由晶体震荡器决定 2.
最早，人们是利用地球自转运动来计量时间的，基本单位是平太阳日。19世纪末，将一个平太阳日的1/86400作为一秒，称作世界时秒。久而久之，人们就习惯于称这个“一秒”为一秒，这个习惯不好改变，但随着科学的发展，需要对一秒进行重新定义（因为需要更精确），而铯原子跃迁若干次数十分精确，所以就用它来定义了。
（一）
(点击切换版式) （石英）
石英:
1.无机矿物质，主要成分是二氧化硅，常含有少量杂质成分如Al2O3、CaO、MgO等，为半透明或不透明的晶体，一般乳白色，质地坚硬。石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源。
2.当二氧化硅结晶完美时就是水晶；二氧化硅胶化脱水后就是玛瑙；二氧化硅含水的胶体凝固后就成为蛋白石；二氧化硅晶粒小于几微米时，就组成玉髓、燧石、次生石英岩。
3.石英晶体每秒的振动次数高达32768次，我们可以设计简易的电路来计算它振动的次数，当它数到32768次时，电路会传出讯息，让秒针往前走一秒。
因为石英的振动相当规律，即使是便宜的石英表，一天之内的误差率也不会超过1秒。（
和音叉会循某种规律振动一样，当石英晶体受电池电力影响时也会产生规律振动。因石英振动相当规律,且价格便宜，所以被用来做钟表。）
（二）
石英钟:它的主要部件是一个很稳定的石英振荡器。将石英振荡器所产生的振荡频率取出来
。使它带动时钟指示时间这就是石英钟。
石英晶体具有一个有趣的特性，就是在一侧导入正电流，同时在另一侧导入负电流后，负电流一侧会收缩并弯曲成U字形。如果定时交替在石英晶体两侧导入正、负电流，石英晶体就会产生振荡。石英晶体就是根据这种振荡计时的。个人电脑内置的石英晶体每秒振荡1431万8180次。石英钟的工作原理就是如此。
（三）
时钟频率：大家知道，计算机系统的时钟速度是以频率来衡量的。晶体振荡器控制着时钟速度，在石英晶片上加上电压，其就以正弦波的形式震动起来，这一震动可以通过晶片的形变和大小记录下来。晶体的震动以正弦调和变化的电流的形式表现出来，这一变化的电流就是时钟信号。而内存本身并不具备晶体振荡器，因此内存工作时的时钟信号是由主板芯片组的北桥或直接由主板的时钟发生器提供的，也就是说内存无法决定自身的工作频率，其实际工作频率是由主板来决定的。
为什么需要时钟频率：因为别的器件没法产生频率却又需要频率......（同步问题）
（四）
晶体振荡器:（构成大致）从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。（晶体振荡器的频率决定石英震荡的快慢）
工作原理：
计算机都有个计时电路，尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备，但它们实际上并不是通常意义的时钟，把它们称为计时器(timer）可能更恰当一点。计算机的计时器通常是一个精密加工过的石英晶体，石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡，这种频率取决于晶体本身如何切割及其受到张力的大小。有两个寄存器与每个石英晶体相关联，一个计数器（counter）和一个保持寄存器（holdingregister）。石英晶体的每次振荡使计数器减1。当计数器减为0时，产生一个中断，计数器从保持寄存器中重新装入初始值。这种方法使得对一个计时器进行编程，令其每秒产生60次中断（或者以任何其它希望的频率产生中断）成为可能。每次中断称为一个时钟嘀嗒（clocktick）。
应用
1．通用晶体振荡器，用于各种电路中，产生振荡频率。
2．时钟脉冲用石英晶体谐振器，与其它元件配合产生标准脉冲信号，广泛用于数字电路中。
3．微处理器用石英晶体谐振器。
4．CTVVTR用石英晶体谐振器。
5．钟表用石英晶体振荡器。
补充:
一秒是怎样确定的？
时间单位秒，最早是利用地球自转运动来规定的。天文工作者把太阳连续两次通过观察者所在子午线上空的时间定为24小时，叫做“太阳日”。但是实际上地球自转的周期是不稳定的，太阳日有长有短，因此，国际上就采用一年内各太阳日的平均值作为24小时，称为“平太阳日”。
19世纪末，将一个平太阳日的1／86400作为1秒，并把这种以地球自转为基础的时间计量系统称为世界时。
随着科学技术的发展。秒的定义曾经作过两次重大修改。
20世纪以来，发现地球的自转运动存在着不规则变化，并有减慢的趋势，这样就使得世界时“秒”逐年变化，不能保持恒定。因此，按此定义复现秒的准确度只能达到1×10－8。1960年第十一届国际计量大会决定采用历书时代替世界时。历书时是以地球的公转运动为基础的。历书时规定从1900年1月0日12时整起算的回归年的1／31556925．9747作为1秒。按此定义复现秒的准确度提高到1×10－9。但是，历书时通常是由长时间的天文观测来测定的，观测精度较低，无法满足科学技术的飞速发展。1967年第十三届国际计量大会决定用原子时取代历书时，原子时的秒定义为：“秒是铯—133原子基态的两个越精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期所持续的时间”。按此定义复现秒的准确度已超过1×10－13。
PS:1960年以前，CIPM(世界度量衡标准会议)以地球自转为基础，定义以平均太阳日的86400分之一作为秒定义。即1秒＝1/86400平均太阳日。然而地球自转并不稳定，会因其他星球引力的牵引而改变。1960～1967年CIPM改以地球公转为基础，定义1900年为平均太阳年。秒定义更改为：一秒为平均太阳年之31556925.9747分之一。
原子时
由原子钟导出的时间叫原子时，简称AT。它以物质内部原子运动的特征为依据。
原子时计量的基本单位是原子时秒。它的定义是：铯原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。1967年第十三届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。
原子时起点定在1958年1月1日0时0分0秒(UT)，即规定在这一瞬间原子时时刻与世界时刻重合。但事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒。这一差值就作为历史事实而保留下来。在确定原子时起点之后，由于地球自转速度不均匀，世界时与原子时之间的时差便逐年积累。
根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供原子时。由各实验室用足够精确的铯原子钟导出的原子时称为地方原子时。目前，全世界大约有20多个国家的不同实验室分别建立了各自独立的地方原子时。国际时间局比较、综合世界各地原子钟数据，最后确定的原子时，称为国际原子时，简称TAI。TAI的起点是这样规定的：取1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒TAIs。
