माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम की संरचना। माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के प्रकार
एमपी-सिस्टम के निर्माण के सिद्धांत।
किसी भी माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम का मूल एक माइक्रोप्रोसेसर या केवल एक प्रोसेसर (अंग्रेजी प्रोसेसर से) होता है। इस शब्द का रूसी में "प्रोसेसर" के रूप में अनुवाद करना सबसे सही है, क्योंकि यह माइक्रोप्रोसेसर है जो नोड है, वह ब्लॉक जो माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के भीतर सूचना के सभी प्रसंस्करण करता है।
माइक्रोप्रोसेसरहम डिजिटल जानकारी को संसाधित करने और इस प्रसंस्करण को नियंत्रित करने वाले संकेतों को उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए प्रोग्राम-नियंत्रित डिवाइस को कॉल करेंगे।
शेष नोड केवल सहायक कार्य करते हैं: सूचनाओं को संग्रहीत करना (नियंत्रण जानकारी, अर्थात प्रोग्राम सहित), बाहरी उपकरणों के साथ संचार करना, उपयोगकर्ता के साथ संचार करना आदि। प्रोसेसर लगभग सभी "हार्ड लॉजिक" को बदल देता है जिसकी आवश्यकता एक पारंपरिक डिजिटल सिस्टम में होगी। यह अंकगणितीय कार्य (जोड़, गुणन, आदि), तार्किक कार्य (शिफ्ट, तुलना, कोड मास्किंग, आदि), कोड का अस्थायी भंडारण (आंतरिक रजिस्टरों में), माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम नोड्स के बीच कोड का स्थानांतरण, और बहुत कुछ करता है। प्रोसेसर द्वारा किए गए ऐसे प्राथमिक कार्यों की संख्या कई सौ तक पहुँच सकती है। प्रोसेसर की तुलना सिस्टम के दिमाग से की जा सकती है। लेकिन साथ ही, यह ध्यान में रखना चाहिए कि प्रोसेसर अपने सभी ऑपरेशन करता है क्रमिक, यानी एक के बाद एक बारी-बारी से। बेशक प्रोसेसर हैं साथकुछ ऑपरेशनों के समानांतर निष्पादन, माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम भी हैं जिनमें कई प्रोसेसर समानांतर में एक ही कार्य पर काम करते हैं, लेकिन ये दुर्लभ अपवाद हैं। एक ओर, संचालन का क्रमिक निष्पादन एक निस्संदेह लाभ है, क्योंकि यह किसी भी सबसे जटिल सूचना प्रसंस्करण एल्गोरिदम को निष्पादित करने के लिए केवल एक प्रोसेसर का उपयोग करने की अनुमति देता है। लेकिन, दूसरी ओर, संचालन का क्रमिक निष्पादन इस तथ्य की ओर जाता है कि एल्गोरिथम का निष्पादन समय इसकी जटिलता पर निर्भर करता है। सरल एल्गोरिदम जटिल लोगों की तुलना में तेज़ी से चलते हैं। अर्थात्, एक माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम सब कुछ करने में सक्षम है, लेकिन यह बहुत तेजी से काम नहीं करता है, क्योंकि सभी सूचना प्रवाह को एक एकल नोड - एक माइक्रोप्रोसेसर (चित्र। 1.3) से गुजरना पड़ता है। एक पारंपरिक डिजिटल प्रणाली में, सभी सूचनाओं के समानांतर प्रसंस्करण को व्यवस्थित करना आसान है, हालांकि, सर्किट को जटिल बनाने की कीमत पर।
प्रबंधक
जानकारी
(कार्यक्रम)
चावल। 1.3।माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम में सूचना प्रवाहित होती है।
तो, माइक्रोप्रोसेसर कई ऑपरेशन करने में सक्षम है। लेकिन वह कैसे जानता है कि इस समय उसे कौन सा ऑपरेशन करने की जरूरत है? यही तय है नियंत्रण सूचना, कार्यक्रम।
एक प्रोग्राम कमांड्स (निर्देशों) का एक सेट हैवह है, डिजिटल कोड, जिसे समझने से प्रोसेसर को पता चल जाएगा कि उसे क्या करना है। कार्यक्रम शुरू से अंत तक एक व्यक्ति, एक प्रोग्रामर द्वारा संकलित किया जाता है, और प्रोसेसर इस कार्यक्रम के एक आज्ञाकारी निष्पादक के रूप में कार्य करता है, यह कोई पहल नहीं दिखाता है (जब तक कि यह निश्चित रूप से अच्छे क्रम में न हो)। इसलिए प्रोसेसर की दिमाग से तुलना करना बहुत सही नहीं है। वह केवल एल्गोरिथम का निष्पादक है जिसे एक व्यक्ति ने उसके लिए पहले से संकलित किया है। इस एल्गोरिथ्म से कोई भी विचलन केवल प्रोसेसर या माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के कुछ अन्य घटकों की खराबी के कारण हो सकता है।
प्रोसेसर द्वारा निष्पादित सभी निर्देश कमांड प्रोसेसर सिस्टम बनाते हैं. प्रोसेसर निर्देश सेट की संरचना और मात्रा इसकी गति, लचीलापन और उपयोग में आसानी निर्धारित करती है। कुल मिलाकर, प्रोसेसर में कई दसियों से लेकर कई सैकड़ों कमांड हो सकते हैं। निर्देश प्रणाली को हल किए जाने वाले कार्यों की एक संकीर्ण श्रेणी (विशेष प्रोसेसर के लिए) या कार्यों की व्यापक संभव सीमा (सार्वभौमिक प्रोसेसर के लिए) के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। कमांड कोड में अंकों की एक अलग संख्या हो सकती है (एक से कई बाइट्स पर कब्जा)। प्रत्येक कमांड का अपना निष्पादन समय होता है, इसलिए पूरे प्रोग्राम का निष्पादन समय न केवल प्रोग्राम में कमांड की संख्या पर निर्भर करता है, बल्कि यह भी निर्भर करता है कि कौन से कमांड का उपयोग किया जाता है।
निर्देशों को निष्पादित करने के लिए, प्रोसेसर संरचना में आंतरिक रजिस्टर, एक अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU, ALU - अंकगणितीय तर्क इकाई), बहुसंकेतक, बफर, रजिस्टर और अन्य नोड शामिल हैं। प्रोसेसर के एक सामान्य बाहरी घड़ी संकेत द्वारा सभी नोड्स का संचालन सिंक्रनाइज़ किया जाता है। यही है, प्रोसेसर एक जटिल डिजिटल डिवाइस है (चित्र। 1.4)।
चावल। 1.4।सबसे सरल प्रोसेसर की संरचना का एक उदाहरण।
हालांकि, माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के विकासकर्ता के लिए, प्रोसेसर की आंतरिक संरचना की पेचीदगियों के बारे में जानकारी बहुत महत्वपूर्ण नहीं है। डेवलपर को प्रोसेसर को "ब्लैक बॉक्स" के रूप में मानना चाहिए, जो इनपुट और नियंत्रण कोड के जवाब में, एक या दूसरे ऑपरेशन करता है और आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करता है।
डेवलपर को कमांड सिस्टम, प्रोसेसर ऑपरेटिंग मोड, साथ ही बाहरी दुनिया के साथ प्रोसेसर की बातचीत के नियमों को जानने की जरूरत है, या जैसा कि उन्हें सूचना विनिमय प्रोटोकॉल भी कहा जाता है .
प्रोसेसर की आंतरिक संरचना के बारे में, आपको केवल यह जानना होगा कि किसी विशेष निर्देश, ऑपरेशन के किसी विशेष मोड को चुनने के लिए क्या आवश्यक है।
माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम-यह एक कंप्यूटिंग, नियंत्रण और मापने या नियंत्रण प्रणाली है जिसमें मुख्य सूचना प्रसंस्करण उपकरण एमपी है। माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम माइक्रोप्रोसेसर LSI के एक सेट से बनाया गया है।
MPS सिस्टम का निर्माण तीन सिद्धांतों पर आधारित है: बैकबोन; प्रतिरूपकता; माइक्रोप्रोग्राम नियंत्रण।
ट्रंक सिद्धांत MPS के कार्यात्मक ब्लॉकों के बीच कनेक्शन की प्रकृति को निर्धारित करता है - सभी ब्लॉक एक सिस्टम बस से जुड़े होते हैं।
प्रतिरूपकता सिद्धांतयह है कि सिस्टम सीमित प्रकार के संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से पूर्ण मॉड्यूल के आधार पर बनाया गया है। MPS प्रणाली के प्रत्येक मॉड्यूल में एक तीसरा (उच्च-प्रतिबाधा) राज्य नियंत्रण इनपुट होता है। यह प्रविष्टि कहलाती है सीएस (शेयर सेलेक्ट) -क्रिस्टल की पसंद या OE (आउटपुट एनाबी) -बाहर निकलने की अनुमति।
ट्रिगर के लिए CS सिग्नल की क्रिया को अंजीर में दिखाया गया है। 1.5। प्रारंभिक ट्रिगर संकेत क्यूसक्रिय होने पर ही आउटपुट पर दिखाई देगा (विइस मामले में - शून्य) सिग्नल स्तर सी. यदि CS = 1, फ्लिप-फ्लॉप को उच्च-प्रतिबाधा अवस्था में रखा गया है। ट्रिगर आउटपुट त्रि-स्थिर है, अर्थात यह तीन अवस्थाओं में से एक में हो सकता है: तर्क एक, तर्क शून्य, या उच्च-प्रतिबाधा। समय के प्रत्येक क्षण में, केवल दो मॉड्यूल MPS सिस्टम बस से जुड़े होते हैं - एक जो सूचना प्राप्त करता है और एक जो सूचना प्रसारित करता है। अन्य उच्च प्रतिबाधा अवस्था में हैं।
बैकबोन और प्रतिरूपकता के सिद्धांत अन्य मॉड्यूल जोड़कर एमपी के नियंत्रण और कंप्यूटिंग क्षमताओं को बढ़ाना संभव बनाते हैं।
फर्मवेयर नियंत्रण सिद्धांतप्राथमिक संचालन करने की संभावना में शामिल हैं - सूक्ष्म निर्देश (शिफ्ट, सूचना हस्तांतरण, तार्किक संचालन)। सूक्ष्म निर्देशों के एक निश्चित संयोजन के साथ, आप आदेशों का एक सेट बना सकते हैं जो सिस्टम के उद्देश्य को सर्वोत्तम रूप से पूरा करेगा, यानी तकनीकी भाषा बनाएं।
MPS के सामान्यीकृत ब्लॉक आरेख पर विचार करें (चित्र। 1.6।) MPS में शामिल हैं: केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई (CPU), PZP, OZP; इंटरप्ट सिस्टम, टाइमर, यूवीवी। I/O डिवाइस I/O इंटरफेस के माध्यम से सिस्टम बस से जुड़े हुए हैं।
रीड-ओनली मेमोरी और रैंडम एक्सेस मेमोरी एक मेमोरी सिस्टम बनाती है जिसे बाइनरी नंबर के रूप में जानकारी स्टोर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। रीड-ओनली मेमोरी को प्रोग्राम, टेबल, कॉन्स्टेंट को स्टोर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
रैंडम एक्सेस मेमोरी - गणनाओं के मध्यवर्ती परिणामों को संग्रहीत करने के लिए। मेमोरी को कोशिकाओं की एक सरणी के रूप में व्यवस्थित किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक का अपना पता होता है और इसमें एक बाइट या एक शब्द होता है।
सीपीयू मॉड्यूल डेटा को प्रोसेस करता है और सिस्टम में अन्य सभी मॉड्यूल का प्रबंधन करता है। LSI MP के अलावा केंद्रीय प्रोसेसर में सिंक्रोनाइज़ेशन सर्किट और सिस्टम बस के साथ एक इंटरफ़ेस होता है। यह मेमोरी से कमांड कोड प्राप्त करता है, उन्हें डिक्रिप्ट करता है और उन्हें निष्पादित करता है। निर्देश के निष्पादन के दौरान - एक निर्देश चक्र - सीपीयू निम्नलिखित क्रियाएं करता है:
पता बस पर निर्देश का पता सेट करता है अब;
मेमोरी से कमांड कोड प्राप्त करता है और इसे डिक्रिप्ट करता है;
ऑपरेंड पतों की गणना करता है और डेटा पढ़ता है;
कमांड द्वारा निर्दिष्ट ऑपरेशन करता है;
बाहरी नियंत्रण संकेतों को स्वीकार करता है (उदाहरण के लिए, व्यवधान अनुरोध);
स्मृति संचालन के लिए आवश्यक स्थिति और नियंत्रण संकेत उत्पन्न करता है
और यूवीवी।
I / O डिवाइस या बाहरी डिवाइस एमपी में जानकारी दर्ज करने या उससे जानकारी आउटपुट करने के लिए डिज़ाइन किए गए डिवाइस हैं। ICD के उदाहरण डिस्प्ले, प्रिंटर, कीबोर्ड, डिजिटल-टू-एनालॉग और एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स, रिले और स्विच हैं। एयर-ब्लास्टर्स को सिस्टम बस से जोड़ने के लिए, उनके संकेतों को कुछ मानकों को पूरा करना चाहिए। यह I/O इंटरफेस का उपयोग करके हासिल किया जाता है।
इनपुट-आउटपुट इंटरफेस एमपी सिस्टम बस के सिग्नल के साथ एयर-ब्लास्ट सिग्नल के मिलान का कार्य करते हैं। उन्हें नियंत्रक या एडेप्टर भी कहा जाता है। माइक्रोप्रोसेसर विशेष I/O कमांड का उपयोग करके इंटरफेस तक पहुंचता है। वहीं सांसद बस में पते लगाते हैं अबइंटरफ़ेस पता, और डेटा बस पर डाटाबेसइनपुट डिवाइस से डेटा पढ़ता है या आउटपुट डिवाइस पर लिखता है। अंजीर पर। 1.6 एक इनपुट इंटरफ़ेस और एक आउटपुट इंटरफ़ेस दिखाता है।
इंटरप्ट सिस्टम MPS को बाहरी संकेतों का जवाब देने की अनुमति देता है - रुकावट अनुरोध, जिसके स्रोत हो सकते हैं: बाहरी उपकरणों से तत्परता संकेत, जनरेटर से संकेत, सेंसर आउटपुट से संकेत। जब एक व्यवधान अनुरोध होता है, तो सीपीयू मुख्य कार्यक्रम को बाधित करता है और व्यवधान अनुरोध सेवा रूटीन को निष्पादित करने के लिए आगे बढ़ता है। एक इंटरप्ट सिस्टम बनाने के लिए, MPCs में विशेष प्रोग्राम करने योग्य इंटरप्ट कंट्रोलर्स का LSI होता है।
टाइमर को समय से संबंधित कार्यों को लागू करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एमपी द्वारा टाइमर में एक संख्या लोड करने के बाद, जो आवृत्ति, विलंब या विभाजन कारक को निर्दिष्ट करता है, टाइमर अपने आप वांछित कार्य को लागू करता है।
कंप्यूटर उपकरणों के बीच संचार इंटरफेस की मदद से किया जाता है, जिसे कंप्यूटर प्रौद्योगिकी में इंटरफेस कहा जाता है।इंटरफेसकंप्यूटर घटकों के बीच जानकारी स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किए गए सॉफ़्टवेयर और हार्डवेयर का एक सेट है और इसमें इलेक्ट्रॉनिक सर्किट, लाइनें, बसें और पते के सिग्नल, डेटा और नियंत्रण, सिग्नल ट्रांसमिशन एल्गोरिदम और उपकरणों द्वारा संकेतों की व्याख्या करने के नियम शामिल हैं।
एक व्यापक अर्थ में, इंटरफ़ेस में यांत्रिक भाग (मानक कनेक्टर्स द्वारा संगतता) और सहायक सर्किट भी शामिल होते हैं जो तर्क संकेत स्तर, इनपुट और आउटपुट धाराओं आदि के संदर्भ में उपकरणों की विद्युत संगतता सुनिश्चित करते हैं।
इंटरफेस और सिस्टम बसों का विस्तृत अध्ययन इस पाठ्यक्रम के दायरे से बाहर है। इसलिए, हम इन मुद्दों पर कार्य के संगठन के सामान्य विचार के दृष्टिकोण से ही विचार करेंगे। माइक्रोप्रोसेसर प्रणालीऔर इसके घटक उपकरणों की बातचीत के सिद्धांत।
MPS को व्यवस्थित करने का मुख्य तरीका ट्रंक-मॉड्यूलर (चित्र। 8.1) है: माइक्रोप्रोसेसर सहित सभी उपकरणों को मॉड्यूल के रूप में दर्शाया जाता है जो एक सामान्य राजमार्ग द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं। सूचना का आदान प्रदानट्रंक पर इस प्रकार के ट्रंक के लिए स्थापित कुछ सामान्य इंटरफ़ेस की आवश्यकताओं को पूरा करता है। प्रत्येक मॉड्यूल विशेष इंटरफ़ेस सर्किट के माध्यम से बस से जुड़ा होता है।
चावल। 8.1।
निम्नलिखित कार्यों को मॉड्यूल के इंटरफ़ेस सर्किट को सौंपा गया है:
- संकेतों की कार्यात्मक और विद्युत अनुकूलता सुनिश्चित करना और एक्सचेंज प्रोटोकॉलमॉड्यूल और सिस्टम राजमार्ग;
- मॉड्यूल के आंतरिक डेटा प्रारूप को सिस्टम बैकबोन के डेटा प्रारूप में परिवर्तित करना और इसके विपरीत;
- एकीकृत सूचना विनिमय आदेशों की धारणा और आंतरिक नियंत्रण संकेतों के अनुक्रम में उनके परिवर्तन को सुनिश्चित करना।
ये इंटरफ़ेस सर्किट काफी जटिल हो सकते हैं। आमतौर पर उन्हें विशेष माइक्रोप्रोसेसर LSI के रूप में लागू किया जाता है। ऐसी योजनाओं को कहा जाता है नियंत्रकों.
नियंत्रकोंउच्च स्तर की स्वायत्तता है, जो समय में समानांतर संचालन की अनुमति देती है बाह्य उपकरणोंऔर माइक्रोप्रोसेसर द्वारा डाटा प्रोसेसिंग प्रोग्राम को क्रियान्वित करना।
इसके अलावा, पूर्व-बफरिंग डेटा द्वारा, नियंत्रक एक ही बार में लगातार पतों पर स्थित कई शब्दों के लिए अग्रेषण प्रदान करते हैं, जो तथाकथित "विस्फोटक" के उपयोग की अनुमति देता है।
(बर्स्ट) बस मोड - 1 पता चक्र जिसके बाद कई डेटा चक्र होते हैं।
कंप्यूटर संगठन के ट्रंक-मॉड्यूलर पद्धति का नुकसान दो से अधिक मॉड्यूल की एक साथ बातचीत की असंभवता है, जो एक सीमा रखता है प्रदर्शनकंप्यूटर।
रैंडम एक्सेस मेमोरी (रैम) और बाहरी उपकरणों (वीयू) के साथ माइक्रोप्रोसेसर की बातचीत अंजीर में सचित्र है। 8.2।
चावल। 8.2।
माइक्रोप्रोसेसर एक बाहरी उपकरण या रैम सेल का पता उत्पन्न करता है और नियंत्रण संकेत उत्पन्न करता है - या तो IOR / आईओओजब किसी बाहरी डिवाइस से पढ़ने/लिखने के लिए एक्सेस किया जाता है, या RAM से पढ़ने/लिखने के लिए MR/MW।
मप्र में बाहरी उपकरणों के साथ सूचनाओं के आदान-प्रदान के लिए केवल 2 कमांड हैं:
- AX में इनपुट कमांड, DX AX रजिस्टर में एक बाहरी डिवाइस से एक नंबर लिखता है जिसका पता DX रजिस्टर में है; उसी समय, आईओआर सिग्नल उत्पन्न होता है (इनपुट / आउटपुट रीड)।);
- आउटपुट कमांड OUT DX, AX, AX रजिस्टर से जानकारी को एक बाहरी डिवाइस पर आउटपुट करता है जिसका पता DX रजिस्टर में है; यह IOW (इनपुट / आउटपुट राइट) सिग्नल उत्पन्न करता है।
IOR/IOW सिग्नल तब उत्पन्न होते हैं जब केवल इन आदेशों को निष्पादित किया जाता है।
MR / MW सिग्नल का निर्माण कमांड में होता है जिसके लिए ऑपरेंड और / या परिणाम का रिसीवर RAM में स्थित होता है, उदाहरण के लिए, ADD , AX ।
इस संबंध में, पता स्थान व्यवस्थित करने के दो मुख्य तरीके हैं माइक्रोप्रोसेसर प्रणाली:
- साथ सामान्य पता स्थानबाहरी उपकरण और रैम;
- स्वतंत्र पता स्थान के साथ।
पहले मामले में, I / O पोर्ट को RAM सेल के रूप में एक्सेस किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण का लाभ बाहरी उपकरणों तक पहुँचने के साथ-साथ I / O पोर्ट की सामग्री पर विभिन्न अंकगणितीय और तार्किक संचालन करने के लिए अलग-अलग एड्रेसिंग मोड का उपयोग करने की क्षमता है। लेकिन एक ही समय में, यह संबोधित रैम की क्षमता को कम कर देता है और सिस्टम की सुरक्षा को कम कर देता है, क्योंकि यह I / O कमांड के निष्पादन से जुड़ी अतिरिक्त सुरक्षा खो देता है (ध्वज रजिस्टर का IOPL क्षेत्र काम नहीं करता है)। इसके अलावा, प्रोग्राम के तर्क में उल्लंघन (गलत रैम एड्रेस का गठन) बाहरी डिवाइस के गलत संचालन का कारण बन सकता है।
यदि पहली खामी आधुनिक संस्करणों के साथ इतनी महत्वपूर्ण नहीं है भंडारण उपकरणों, तो दूसरा MPS के काम पर बहुत नकारात्मक प्रभाव डाल सकता है। यूनिवर्सल एमपी पर आधारित माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के लिए बाहरी उपकरणों तक पहुंचने पर जटिल एड्रेसिंग मोड का उपयोग करने की संभावना इतनी महत्वपूर्ण नहीं है। इसलिए, वर्तमान में, MPS का निर्माण करते समय, दूसरे दृष्टिकोण को वरीयता दी जाती है।
माइक्रोप्रोसेसर और बाहरी उपकरणों के बीच सूचनाओं के आदान-प्रदान की सुविधाओं पर विचार करें। इस प्रक्रिया का एक सरलीकृत समय आरेख में दिखाया गया है
स्वीकार्य वर्तमान खपत पर अब तक डिजिटल माइक्रोसर्किट ने प्रभावशाली प्रदर्शन हासिल कर लिया है। सबसे तेज़ डिजिटल सर्किट में 3..5 ns के क्रम की स्विचिंग गति होती है। (चिप श्रृंखला 74ALS)। उसी समय, आपको वर्तमान खपत में वृद्धि के साथ माइक्रोक्रिस्किट की गति के लिए भुगतान करना होगा। अपवाद CMOS तकनीक के आधार पर निर्मित माइक्रोक्रिस्केट हैं (उदाहरण के लिए, 1564, 74HC, 74AHC श्रृंखला के माइक्रोक्रिस्किट)। इन microcircuits में, वर्तमान खपत सीधे microcircuit में लॉजिक गेट्स की स्विचिंग गति के समानुपाती होती है। वे। यदि अधिक गति की आवश्यकता होती है, तो माइक्रोक्रिकिट स्वचालित रूप से वर्तमान खपत को बढ़ा देता है, इसलिए, वर्तमान में, इस तकनीक का उपयोग करके अधिकांश माइक्रोक्रिस्किट का उत्पादन किया जाता है।
अक्सर डिजिटल डिवाइस काफी जटिल कार्य करते हैं। सवाल उठता है - चूंकि माइक्रोसर्किट इतनी तेज गति तक पहुंच गए हैं, क्या एक ही माइक्रोक्रिकिट का बार-बार उपयोग करना संभव है? तब हल की जा रही समस्या की जटिलता के लिए microcircuits की गति का आदान-प्रदान करना संभव होगा। यह वह आदान-प्रदान है जो माइक्रोप्रोसेसर अनुमति देते हैं। ये microcircuits बार-बार एक ही डिवाइस - ALU (अंकगणितीय तर्क इकाई) का उपयोग करते हैं। इसलिए, कार्यान्वित डिवाइस की जटिलता के लिए माइक्रोकंट्रोलर की अधिकतम गति का आदान-प्रदान करना संभव है। यह इस कारण से है कि वे माइक्रोप्रोसेसरों की गति को अधिकतम करने का प्रयास करते हैं - यह आपको एक ही मात्रा में अधिक से अधिक जटिल उपकरणों को लागू करने की अनुमति देता है।
माइक्रोप्रोसेसरों के व्यापक उपयोग का एक अन्य कारण यह था कि माइक्रोप्रोसेसर एक सार्वभौमिक माइक्रोक्रिकिट है जो लगभग कोई भी कार्य कर सकता है। सार्वभौमिकता इन microcircuits के लिए व्यापक मांग प्रदान करती है, जिसका अर्थ है बड़े पैमाने पर उत्पादन। माइक्रोसर्किट की लागत उनके बड़े पैमाने पर उत्पादन के व्युत्क्रमानुपाती होती है, यानी माइक्रोप्रोसेसर सस्ते माइक्रोसर्किट बन जाते हैं और इससे मांग और भी बढ़ जाती है।
सबसे बड़ी सीमा तक, उपरोक्त सभी गुण एकल-चिप माइक्रो कंप्यूटर में प्रकट होते हैं या, जैसा कि उन्हें उनके अनुप्रयोग के क्षेत्र द्वारा अधिक बार कहा जाता है: माइक्रोकंट्रोलर। माइक्रोकंट्रोलर्स में, कंप्यूटर के सभी घटकों को एक ही चिप पर संयोजित किया जाता है: एक माइक्रोप्रोसेसर (जिसे अक्सर माइक्रोकंट्रोलर का कोर कहा जाता है), रैम, रोम, टाइमर और आई/ओ पोर्ट।
निष्कर्ष:
सीएमओएस तकनीक आपको वर्तमान खपत के लिए ऑपरेशन की गति का आदान-प्रदान करने की अनुमति देती है (जितनी तेजी से माइक्रोक्रिकिट के तार्किक तत्वों को स्विच किया जाता है, उतना ही अधिक माइक्रोक्रिकिट खपत करता है);
माइक्रोकंट्रोलर एक एकल सार्वभौमिक माइक्रोक्रिकिट पर लगभग किसी भी जटिलता की नियंत्रण योजना को लागू करना संभव बनाते हैं;
माइक्रोकंट्रोलर आपको डिज़ाइन किए गए डिवाइस की जटिलता के लिए उनके काम की गति का आदान-प्रदान करने की अनुमति देते हैं।
माइक्रोकंट्रोलर न्यूनतम लागत, आयाम और वर्तमान खपत वाले उपकरणों को लागू करना संभव बनाते हैं।
माइक्रोकंट्रोलर्स पर उपकरणों के विकास की अवधि न्यूनतम है।
उपकरणों के आधुनिकीकरण में नियंत्रण कार्यक्रम को बदलना शामिल है।
माइक्रो कंप्यूटर डिजाइन करते समय, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है: क्षमता और प्रदर्शन में साधारण वृद्धि; कम्प्यूटेशनल प्रक्रिया के व्यापक समानांतरकरण की संभावना; विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए एल्गोरिदम का कुशल प्रसंस्करण; तकनीकी और गणितीय संचालन की सादगी।
विभिन्न प्रकार की सूचना इनपुट-आउटपुट डिवाइसों से लैस होने के कारण माइक्रो कंप्यूटर को तैयार उत्पाद के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, सूचना इनपुट-आउटपुट डिवाइस, विभिन्न प्रकार के सेंसर से सिग्नल और कुछ जटिल नियंत्रण वस्तु या तकनीकी प्रक्रिया के एक्ट्यूएटर्स के अलावा, माइक्रो कंप्यूटर से कनेक्ट करना अक्सर आवश्यक होता है। इस मामले में, एक जटिल नियंत्रण प्रणाली पहले ही बन चुकी है, जिसका केंद्र एक माइक्रो-कंप्यूटर है।
नियंत्रण प्रणाली व्यक्तिगत माइक्रो कंप्यूटर, विस्तारित माइक्रो कंप्यूटर (क्षमता बढ़ाने के लिए माइक्रोप्रोसेसरों की संख्या में वृद्धि करके) और माइक्रो कंप्यूटर सिस्टम का उपयोग करती है जो कंप्यूटर नेटवर्क को उन्नत मिनी कंप्यूटर के करीब पैरामीटर के साथ बनाते हैं।
माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रो कंप्यूटर व्यापक रूप से परीक्षण और इंस्ट्रूमेंटेशन सिस्टम में उपयोग किए जाते हैं; प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली; मशीनों का कार्यक्रम नियंत्रण; संचार लाइनों की स्थिति की निगरानी करना; वैज्ञानिक प्रयोगों के लिए औद्योगिक उपयोग और स्वचालन प्रणाली के लिए प्राथमिक सूचना प्रसंस्करण और नियंत्रण प्रणाली की उपप्रणाली; कंप्यूटिंग सिस्टम और कॉम्प्लेक्स के परिधीय उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए सबसिस्टम; विशेष कंप्यूटिंग डिवाइस।
सस्ते माइक्रोप्रोसेसरों का उपयोग घड़ियाँ, कैलकुलेटर, फिल्म और फोटो कैमरा, रेडियो और टीवी में किया जाता है। माइक्रोप्रोसेसर (उदाहरण के लिए, K580 श्रृंखला के सिंगल-चिप माइक्रोप्रोसेसर) को ताले और घंटियों, घरेलू उपकरणों और उपकरणों में रखा जाता है।
अधिक महंगे माइक्रोप्रोसेसर "कठिन" या "हार्डवेयर" तर्क के यांत्रिक और विद्युत यांत्रिक नियंत्रण इकाइयों के साथ सफलतापूर्वक प्रतिस्पर्धा करते हैं।
घरेलू एक्वैरियम और बड़े तालाबों में पर्यावरण को विनियमित करने के लिए माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर स्थापित किए जाते हैं; वे माध्यम, तापमान, घनत्व, ऑक्सीजन सामग्री के पीएच को नियंत्रित करते हैं; नियंत्रण प्रकाश, ताप, जल स्तर, फ़ीड की खुराक और जैविक योजक, निस्पंदन और वातन आदि करते हैं।
उदाहरण के लिए, एक सामान्य और व्यापक यांत्रिक उपकरण - एक इलेक्ट्रिक ड्रिल लें। इसमें निर्मित माइक्रोप्रोसेसर आपको ड्रिलिंग के प्रतिरोध को ध्यान में रखने और संसाधित होने वाली सामग्री की कठोरता के आधार पर गति को स्वचालित रूप से बदलने की अनुमति देता है। शिकंजा और नट को कसने के लिए एक ड्रिल का उपयोग करते समय, माइक्रोप्रोसेसर ऑपरेशन के अंत से पहले बिजली की मोटर को बंद कर देता है, जड़ता के कारण पूरा हो जाता है।
एक टाइपराइटर में एक माइक्रोप्रोसेसर, जैसे कि K580 श्रृंखला को एम्बेड करना पाठ को संसाधित करने और स्मृति में संग्रहीत करने की अनुमति देता है। टेक्स्ट प्रोसेसिंग शब्दों को सही करने और नए टेक्स्ट को सम्मिलित करने और पहले से लिखे गए वाक्यांशों से वाक्यांश बनाने के लिए पैराग्राफ की व्यवस्था करने से एक उन्नत संपादन ऑपरेशन है। कंठस्थ पाठ को बार-बार और सटीक रूप से स्वचालित रूप से मुद्रित किया जा सकता है। एक चुंबकीय कैसेट (टेप, डिस्क) पर एक बाहरी मेमोरी को माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रण वाले टाइपराइटर से जोड़ने से आप दस्तावेजों का एक संग्रह जमा कर सकते हैं। यह ऐसी प्रणाली में सुविधाओं द्वारा दस्तावेजों की खोज, दस्तावेजों को छांटने, एक संग्रह को बनाए रखने आदि के कार्यों को लागू करना संभव बनाता है।
माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग कर इलेक्ट्रॉनिक गेम का उत्पादन तेजी से विकसित हो रहा है। यह न केवल मनोरंजन के दिलचस्प साधन उत्पन्न करता है, बल्कि तार्किक निष्कर्ष, निपुणता और प्रतिक्रिया की गति की तकनीकों को परखने और विकसित करने का अवसर भी प्रदान करता है। टीवी इंडिकेटर के साथ या उसके बिना गेम तार्किक रूप से अधिक शक्तिशाली, लेकिन सस्ती माइक्रोप्रोसेसरों के उपयोग के कारण जटिल कार्य प्रदान करते हैं।
माइक्रोप्रोसेसर सभी प्रकार के वाहनों में महत्वपूर्ण कार्य कर सकता है। ड्राइवर माइक्रो-कंप्यूटर से गति, ईंधन स्तर, औसत और वर्तमान ईंधन की खपत प्रति यूनिट दूरी की दूरी के संकेतक संख्यात्मक मूल्यों को कॉल कर सकता है, ड्राइवर द्वारा निर्धारित शर्तों के तहत दिए गए बिंदु पर आगमन का समय, इंजन का तापमान, वगैरह। इंजन नियंत्रण (ईंधन वितरण, प्रज्वलन, गति नियंत्रण, दक्षता और ईंधन दहन से अपशिष्ट उत्पादों के नियंत्रण) के लिए माइक्रोप्रोसेसर-आधारित साधनों के उपयोग पर अनुसंधान चल रहा है; चेसिस नियंत्रण (गति और ब्रेक सिस्टम नियंत्रण, भार और सड़क स्थलाकृति के प्रभाव को ध्यान में रखते हुए); यातायात सुरक्षा प्रबंधन (चालक के लिए आवश्यकताओं को कम करना और सड़क पर स्थिति को ध्यान में रखते हुए); कैब (सैलून) में आराम नियंत्रण।
K587 श्रृंखला के माइक्रोप्रोसेसरों के आधार पर, "टोनस NTs-01" प्रकार के व्यक्ति की मनोदैहिक स्थिति की निगरानी के लिए एक उपकरण विकसित किया गया था।
माइक्रोप्रोसेसरों को प्रभावी ढंग से डिस्प्ले, स्क्रीन पैनल और टर्मिनल में एकीकृत किया जाता है, जहां उन्हें डेटा संपादन, नियंत्रण, चरित्र निर्माण और छवि भंडारण और प्लेबैक के कार्य सौंपे जाते हैं।
माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंप्यूटर बाहरी उपकरणों से पूर्व-प्रसंस्करण जानकारी, डेटा स्वरूपों को परिवर्तित करने और इलेक्ट्रोमैकेनिकल बाहरी उपकरणों के नियंत्रकों के कार्यों को लेते हैं। इन उद्देश्यों के लिए, K580, K536, K1803 श्रृंखला के माइक्रोप्रोसेसरों का उपयोग किया जाता है।
संचार उपकरणों में माइक्रोप्रोसेसर त्रुटि नियंत्रण, एन्कोडिंग - डिकोडिंग सूचना और नियंत्रण ट्रांसीवर उपकरणों को करना संभव बनाते हैं। माइक्रोप्रोसेसरों के उपयोग से टेलीविजन और टेलीफोन चैनलों की आवश्यक चौड़ाई को कई गुना कम करना और संचार उपकरणों की एक नई पीढ़ी बनाना संभव हो जाएगा। इन उद्देश्यों के लिए, "इलेक्ट्रॉनिक्स C5", "इलेक्ट्रॉनिक्स NTs-32", आदि प्रकार के माइक्रो कंप्यूटर पर आधारित माइक्रोप्रोसेसर उपकरण उपयुक्त हैं।
नियंत्रण और माप उपकरणों में माइक्रोप्रोसेसरों का उपयोग और रेडियो-इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के नियंत्रण साधन के रूप में उपकरणों को जांचना, परीक्षण करना और सत्यापित करना संभव बनाता है; सुधार और तापमान मुआवजा; मापने के परिसरों का नियंत्रण और प्रबंधन; रूपांतरण और प्रसंस्करण, डेटा का संकेत और प्रस्तुति; निदान और समस्या निवारण। "इलेक्ट्रॉनिक्स C5" प्रकार के माइक्रो कंप्यूटर माप डेटा को सफलतापूर्वक संसाधित करते हैं।
माइक्रोप्रोसेसर उपकरण सूचना एकत्र करने और संसाधित करने के लिए विभिन्न प्रणालियों के विकास की जटिल तकनीकी समस्या को हल करते हैं, जहां मूल्यांकन और निर्णय लेने के लिए एक केंद्र में कई संकेतों को प्रसारित करने के लिए सामान्य कार्यों को कम किया जाता है। उदाहरण के लिए, चिकित्सा में, गंभीर रूप से बीमार रोगियों की स्थिति की चौबीसों घंटे निगरानी के लिए, समय-समय पर रक्तचाप, हृदय गति और श्वसन, इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम मापदंडों आदि को मापना आवश्यक है। इन उद्देश्यों के लिए एक बड़े या मिनीकंप्यूटर पर आधारित एक केंद्रीकृत प्रणाली बोझिल और काफी महंगी हो जाती है। माइक्रोप्रोसेसर पर आधारित एक वितरित डायग्नोस्टिक सिस्टम में उच्च उत्तरजीविता होती है, इसे व्यवस्थित करना आसान होता है और आपको अच्छा आर्थिक प्रदर्शन प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। Elektronika-60 प्रकार के माइक्रो कंप्यूटरों पर आधारित माइक्रोप्रोसेसर-आधारित वितरित सिस्टम इन समस्याओं को सफलतापूर्वक हल करते हैं।
माइक्रोप्रोसेसरों के उपयोग के विचारित उदाहरणों को सारांशित करते हुए, हम माइक्रोप्रोसेसरों और माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के उपयोग में चार मुख्य दिशाओं को अलग कर सकते हैं: 1) अंतर्निहित निगरानी और नियंत्रण प्रणाली; 2) सूचना के संचय और प्रसंस्करण की स्थानीय प्रणालियाँ; 3) जटिल वस्तुओं के लिए वितरित नियंत्रण प्रणाली; 4) वितरित उच्च-प्रदर्शन समानांतर कंप्यूटिंग सिस्टम।
एंबेडेड निगरानी और नियंत्रण प्रणाली
एम्बेडिंग, अर्थात्। माइक्रोप्रोसेसर को किसी भी, यहां तक कि सबसे सरल, नियंत्रण सर्किट (रिमोट कंट्रोल) में रखने से मौलिक रूप से व्यक्तिगत उपकरणों, उपकरणों, विभिन्न उपकरणों, उत्पादन लाइन की अलग-अलग इकाइयों आदि के कामकाज की गुणवत्ता में परिवर्तन होता है। माइक्रोप्रोसेसर को एम्बेड करना नियंत्रित वस्तुओं या प्रक्रियाओं के ऑपरेटिंग मोड को अनुकूलित करना संभव बनाता है और इस तरह प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष तकनीकी और आर्थिक प्रभाव दोनों प्राप्त करता है। प्रत्यक्ष तकनीकी और आर्थिक प्रभाव ऊर्जा की खपत को बचाने, सेवा जीवन को बढ़ाने और ड्रिल, मिलिंग कटर, हीटिंग तत्वों आदि की खपत को कम करने में व्यक्त किया गया है। अप्रत्यक्ष तकनीकी और आर्थिक प्रभाव रखरखाव कर्मियों की आवश्यकताओं में कमी और उत्पादकता में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है। अनुभव से पता चलता है कि माइक्रोप्रोसेसर को एम्बेड करने के लगभग सभी मामलों में, केवल ऊर्जा बचत 1-1.5 वर्षों में माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रण का भुगतान सुनिश्चित करती है।
अंतर्निहित नियंत्रण और प्रबंधन प्रणालियों पर आधारित उपकरण प्रबंधन पूरी तरह से स्वचालित उत्पादन के कार्यान्वयन के लिए वास्तविक पूर्वापेक्षाएँ बनाता है। माइक्रोप्रोसेसर को एम्बेड करने से काम की गुणवत्ता और उपकरण की उत्पादकता में सुधार होता है, उपकरण पर काम करने वाले कर्मियों की आवश्यकताओं में काफी कमी आती है। उपकरणों के अलग-अलग टुकड़ों का डिजिटल नियंत्रण निचले सर्किट से पदानुक्रमित नियंत्रण प्रणाली के ऊपरी स्तरों तक जानकारी एकत्र करना (या इसे कॉल करना) आसान बनाता है।
नियंत्रण एम्बेडेड माइक्रोप्रोसेसरों का उद्देश्य वस्तुओं के प्रबंधन की स्थानीय समस्याओं को हल करना है और कंप्यूटर से जुड़े उपकरणों के नियंत्रकों के कार्यों को पूरा कर सकता है, उच्च नियंत्रण लूप या कम नियंत्रण लूप की नियंत्रण प्रणाली का केंद्र हो सकता है।
उपकरण में निर्मित माइक्रोप्रोसेसर, ज्यादातर मामलों में, बाहरी उपकरणों से सुसज्जित नहीं होते हैं और केवल एक सरलीकृत विशेष नियंत्रण कक्ष और ROM नियंत्रण कार्यक्रम होते हैं। केवल कुछ अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें नियंत्रण कार्यक्रमों के बार-बार प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, सरलतम तकनीकी साधनों पर आधारित लोडर की आवश्यकता होती है।
सूचना के संचय और प्रसंस्करण की स्थानीय प्रणाली
किसी भी विशेषज्ञ या नेता के लिए, पर्याप्त मात्रा में विशिष्ट जानकारी "हाथ में" होना हमेशा आवश्यक होता है। आज, यह जानकारी केवल लाइब्रेरी, नोटबुक या मेनफ्रेम कंप्यूटर से जुड़े टर्मिनल स्क्रीन पर उपलब्ध है। सूचना के अत्यधिक केंद्रीकरण के कारण अंतिम उपाय सबसे स्वीकार्य, लेकिन महंगा और अत्यधिक सीमित है। स्थानीय, अर्थात्। कार्यस्थल पर स्थित माइक्रोप्रोसेसर-आधारित सूचना भंडारण और प्रसंस्करण प्रणाली तकनीकी रूप से और आर्थिक रूप से विशेषज्ञों और प्रबंधकों, इंजीनियरों और डॉक्टरों के लिए सूचना समर्थन प्रदान करती है। एक नेटवर्क में स्थानीय सिस्टम का एकीकरण और इस नेटवर्क का रिमोट कनेक्शन एक बड़े कंप्यूटर के साथ एक विशाल सूचना संग्रह के साथ एक पूर्ण स्वचालित सूचना समर्थन प्रणाली बनाना संभव बनाता है।
स्थानीय कंप्यूटिंग सिस्टम के बाहरी उपकरणों को माइक्रो कंप्यूटर केस में बनाया जा सकता है। उनके किट में ऐसे उपकरण होते हैं जो कंप्यूटिंग कार्य और डेटा प्रोसेसिंग के लिए न्यूनतम आवश्यक होते हैं: एक संख्यात्मक, अल्फ़ान्यूमेरिक और कार्यात्मक कीबोर्ड; अल्फ़ान्यूमेरिक संकेतक; मुद्रण उपकरण; बाहरी भंडारण उपकरण।
इंजीनियरिंग और वैज्ञानिक समस्याओं को हल करने पर केंद्रित अधिक जटिल माइक्रो कंप्यूटरों के एक सेट में विभिन्न प्रकार के बाहरी उपकरण शामिल हो सकते हैं, जैसे इनपुट-आउटपुट और प्रिंटिंग डिवाइस, विज़ुअल डिस्प्ले, बाहरी मेमोरी, एकत्रीकरण, सामान्य-उद्देश्य ऑपरेटर कंसोल आदि।
जटिल वस्तुओं के लिए वितरित नियंत्रण प्रणाली। वितरित माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रण प्रणाली एक केंद्रीय प्रोसेसर के साथ सामान्य प्रणालियों का विकल्प बन रही है। इस मामले में, माइक्रोप्रोसेसर और उनसे जुड़े डेटा प्रोसेसिंग सर्किट भौतिक रूप से सूचना उत्पत्ति के पास स्थित होते हैं, जो सूचना को उसके मूल स्थान पर संसाधित करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, इंजन, स्टीयरिंग व्हील, ब्रेक सिस्टम आदि के पास। केंद्रीय डाटा प्रोसेसिंग और संचय प्रणाली के साथ ऐसी स्थानीय प्रसंस्करण प्रणालियों का कनेक्शन स्थानिक रूप से वितरित नियंत्रण प्रणाली बनाता है।
वितरित प्रणालियों में, संचार लाइनों की संख्या और वितरण में महत्वपूर्ण बचत प्राप्त की जाती है, उत्तरजीविता बढ़ जाती है, और नियंत्रण और संचालन मोड के अनुकूलन की संभावनाएं काफी विकसित होती हैं।
वितरित उच्च-प्रदर्शन समानांतर कंप्यूटिंग सिस्टम
माइक्रोप्रोसेसरों ने जटिल कम्प्यूटेशनल समस्याओं को हल करने के लिए नई संभावनाएं खोली हैं, जिनमें से गणना एल्गोरिदम समानांतरकरण की अनुमति देते हैं, अर्थात। कई माइक्रोप्रोसेसरों पर एक साथ (समानांतर) संगणना।
बहुत कम लागत पर कुछ कार्यों के लिए दसियों, सैकड़ों, हजारों समान या विशेष माइक्रोप्रोसेसरों पर आधारित समानांतर कंप्यूटिंग सिस्टम शक्तिशाली पाइपलाइन-प्रकार के प्रोसेसर पर आधारित कंप्यूटिंग सिस्टम के समान प्रदर्शन प्रदान करते हैं। वितरित कंप्यूटिंग सिस्टम में माइक्रोप्रोसेसर समान और सार्वभौमिक या कुछ कार्यों के लिए विशिष्ट हो सकते हैं। बड़ी संख्या में प्रोसेसर के साथ माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम का निर्माण उनके कार्यात्मक उद्देश्य में विशेष रूप से पारंपरिक रूप से विकसित बड़े कंप्यूटरों की तुलना में एक नए प्रकार के शक्तिशाली कंप्यूटिंग सिस्टम को डिजाइन करना संभव बनाता है।
1.1 माइक्रोप्रोसेसर परिभाषा
70 के दशक की शुरुआत में, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में प्रौद्योगिकी की प्रगति ने इलेक्ट्रॉनिक्स के एक नए मौलिक आधार का निर्माण किया - माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट (एलएसआई) (मॉड्यूल 1 अध्याय 1.6.3)। एकीकरण की डिग्री (सक्रिय तत्वों की संख्या: डायोड और ट्रांजिस्टर) के अनुसार, एकीकृत सर्किट (ICs) को पारंपरिक रूप से IC में विभाजित किया जाता है, जिसमें एकीकरण की कम डिग्री होती है - 100 सक्रिय तत्वों तक, एकीकरण की औसत डिग्री (SIS) - 1000 से अधिक सक्रिय तत्व, LSI - 1000 से अधिक सक्रिय तत्व, VLSI - 10,000 से अधिक आइटम। डिजाइन स्वचालन के वर्तमान स्तर पर एक नए एलएसआई की रिहाई इसकी तार्किक संरचना और टोपोलॉजी के विकास के लिए बड़ी प्रारंभिक लागत, फोटोमास्क के निर्माण और तकनीकी पूर्व-उत्पादन के कारण एक बहुत ही जटिल और महंगी प्रक्रिया है। यह एक बड़ी टीम का 0.5-1 साल का काम है। इसलिए, एलएसआई का निर्माण आर्थिक रूप से उचित है जब उनका उत्पादन किया जाता है, प्रति वर्ष दसियों या सैकड़ों हजारों टुकड़ों का अनुमान लगाया जाता है। प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए विशिष्ट LSI का उत्पादन करना लगभग असंभव है। उच्च स्तर के एकीकरण के साथ microcircuits के बड़े पैमाने पर आवेदन के क्षेत्रों की खोज के परिणामस्वरूप, उनके डेवलपर्स ने एक सार्वभौमिक LSI या LSI का एक निश्चित सेट बनाने का विचार प्रस्तावित किया, जिसकी विशेषज्ञता प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए प्राप्त नहीं की जाती है। सर्किट्री द्वारा, लेकिन सॉफ्टवेयर द्वारा। इस प्रकार मानक सार्वभौमिक तत्व दिखाई दिए - माइक्रोप्रोसेसर LSI एक कंप्यूटर के समान संरचना के साथ।
एक माइक्रोप्रोसेसर (एमपी) एक प्रसंस्करण और नियंत्रण उपकरण है जो प्रोग्राम नियंत्रण के तहत सूचनाओं को संसाधित करने, निर्णय लेने, इनपुट करने और आउटपुट करने में सक्षम है और एक या अधिक एलएसआई के रूप में बनाया गया है।
1.2 एमपी एलएसआई की निर्माण तकनीक
LSI निर्माण तकनीक दो प्रकार की होती है: द्विध्रुवी - द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के उपयोग पर आधारित और MOS (धातु - ऑक्साइड - अर्धचालक) - क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के उपयोग पर आधारित तकनीक।
द्विध्रुवीय प्रौद्योगिकी का उपयोग करके निर्मित LSI उनके योजनाबद्ध कार्यान्वयन विधियों में भिन्न होते हैं। मूल रूप से, Schottky डायोड (TTLSh) और एमिटर-युग्मित लॉजिक (ECL) के साथ ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक का उपयोग किया जाता है। TTLSH तर्क Schottky डायोड (DSh) द्वारा पूरक द्विध्रुवी n-p-n ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है। DS, Al-nSi मेटल-सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस पर एक रेक्टिफायर संपर्क है। धातु और सिलिकॉन में, एक ही प्रकार के अधिकांश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और अल्पसंख्यक वाहक नहीं होते हैं। एलएच यू = 0.1-0.3 वी पर खुलते हैं और एक तेज वर्तमान-वोल्टेज विशेषता रखते हैं। वे एनपीएन ट्रांजिस्टर के कलेक्टर जंक्शन के साथ समानांतर में जुड़े हुए हैं और एक तकनीकी प्रक्रिया में निर्मित एक स्कॉटकी ट्रांजिस्टर बनाते हैं। एलएच के उपयोग से ट्रांजिस्टर की गति में काफी वृद्धि होती है, क्योंकि कलेक्टर जंक्शन की संतृप्ति समाप्त हो जाती है और इसमें आवेशों का अवशोषण नहीं होता है।
पहली पीढ़ी
4004 - 1971
MP का इतिहास 1971 में शुरू हुआ, जब INTEL (इसका नाम इंटीग्रेटेड इलेक्ट्रॉनिक्स शब्द से आया है) ने 10 माइक्रोन के रिज़ॉल्यूशन के साथ p-MOS तकनीक का उपयोग करके निर्मित पहला MP i4004 जारी किया। इसमें 4 बिट्स की डेटा चौड़ाई थी, 640 बाइट्स मेमोरी को संबोधित करने की क्षमता, f = 108 kHz की घड़ी की आवृत्ति, और 60 kop/sec का प्रदर्शन किया। ऐसा प्रोसेसर पहले से ही कैलकुलेटर के कंप्यूटिंग कोर के रूप में काम कर सकता है। इसमें 2300 ट्रांजिस्टर थे।
8008 - 1972
1972 में, पहला बेहतर आठ-बिट MP i8008 दिखाई दिया, जिसे p-MOS तकनीक का उपयोग करके भी बनाया गया था। इसे 16-पिन वाले पैकेज में रखा गया था। निष्पादित 48 आदेश, मेमोरी के 16 Kb को संबोधित किया, f = 800 KHz। इसमें 7 आंतरिक 8-बिट रजिस्टर और 7-स्तरीय आंतरिक स्टैक था।
द्वितीय जनरेशन
8080 - 1974
1974 में, i8080 MP दिखाई दिया, जिसे 6 माइक्रोन के रिज़ॉल्यूशन के साथ n-MOS तकनीक का उपयोग करके निर्मित किया गया, जिससे एक क्रिस्टल में 6000 ट्रांजिस्टर लगाना संभव हो गया। प्रोसेसर को 2 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर तीन बिजली आपूर्ति (+5, +12, -5 वी) और जटिल पुश-पुल सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता होती है। रूसी निर्मित KR580VM80 के इसके पूर्ण एनालॉग पर ऊपर विस्तार से चर्चा की गई है। उसी समय, मोटोरोला ने M6800 MP जारी किया, जो i8080 से अलग था कि इसमें एक आपूर्ति वोल्टेज था, एक अधिक शक्तिशाली व्यवधान प्रणाली, जिसमें दो बैटरी थीं, लेकिन RON नहीं था। प्रसंस्करण के लिए डेटा बाहरी मेमोरी से पुनर्प्राप्त किया गया था और फिर वहां वापस आ गया। मेमोरी कमांड BM80 की तुलना में छोटे और सरल हैं, लेकिन स्थानांतरण में अधिक समय लगता है। M6800 की आंतरिक संरचना में आज तक कोई लाभ सामने नहीं आया है। इंटेल और मोटोरोला के दो प्रतिस्पर्धी परिवार बचे हैं। हालाँकि, दुनिया और रूसी बाजार दोनों में से अधिकांश पर इंटेल उत्पादों का कब्जा है।
अगला था i8085 प्रोसेसर (f=5 MHz, 6500 ट्रांजिस्टर, 370 kop/s, 3-माइक्रोन तकनीक)। इसने लोकप्रिय i8080 रजिस्टर आर्किटेक्चर और सॉफ्टवेयर संगतता को बनाए रखा, लेकिन एक सीरियल इंटरफ़ेस पोर्ट, क्लॉक जनरेटर और सिस्टम कंट्रोलर जोड़ा। आपूर्ति वोल्टेज एक है: + 5 वी।
Z80 - 1977
कुछ इंटेल डेवलपर्स जो कई प्रबंधन निर्णयों से सहमत नहीं थे, ज़िलॉग चले गए और 1977 में Z80 MP (K1810VM80 का रूसी एनालॉग) बनाया। इस एमपी का उपयोग सिंकलर द्वारा ब्रिटिश कंप्यूटर "स्पेक्ट्रम" में किया गया था, जिसे दूसरी पीढ़ी के 8-बिट एमपी का सबसे अच्छा प्रतिनिधि माना जाता था।
तीसरी पीढ़ी
8086 - 1978
इंटेल सांसदों की इस पीढ़ी ने आधुनिक पर्सनल कंप्यूटरों की नींव रखी। 1978 में, 16-बिट i8086 प्रोसेसर जारी किया गया था। उनका डेटा: f=5 MHz, प्रदर्शन 330kop/s, 3µm तकनीक, 29k ट्रांजिस्टर। इसने मेमोरी सेगमेंटेशन और एक नई इंस्ट्रक्शन एन्कोडिंग स्कीम का उपयोग करना शुरू किया।
8088 - 1979
हालाँकि, इस प्रोसेसर की बहुत जटिल और महंगी उत्पादन तकनीक ने इंटेल को 1979 से i8088 नामक कुछ सरलीकृत संस्करण जारी करने के लिए मजबूर किया, जिसकी डेटा बस केवल 8 बिट्स थी। यह वह प्रोसेसर था जिसे IBM ने अपने पहले पर्सनल कंप्यूटर, IBM PC/XT मॉडल के लिए चुना था।
80186 - 1980
1980 में, MP i80186 बनाया गया था। i8086 की तुलना में, इसमें अतिरिक्त रूप से दो स्वतंत्र हाई-स्पीड डीएमए चैनल, एक प्रोग्रामेबल इंटरप्ट कंट्रोलर, और 7 परिधीय उपकरणों का चयन करने के लिए सिग्नल उत्पन्न होते हैं। 16 आंतरिक प्रोग्रामेबल टाइमर हैं, उनमें से दो का आउटपुट बाहर है, बाकी समय में देरी कर सकते हैं। कमांड कतार - 6 बाइट्स (i8088 में - 4 बाइट्स)। 10 अतिरिक्त आदेश हैं जो i8086 की तुलना में प्रोग्राम के निष्पादन को गति देते हैं। हालाँकि, कंप्यूटर में इस प्रोसेसर का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था।
चौथी पीढ़ी
80286 - 1982
1982 में, i80286 प्रोसेसर दिखाई दिया, जिसका उपयोग आईबीएम द्वारा पीसी / एटी कंप्यूटर (एटी - एडवांस्ड टेक्नोलॉजी - होनहार तकनीक) में किया गया था। इसमें पहले से ही 134 हजार ट्रांजिस्टर (1.5 माइक्रोन तकनीक) थे और 16 एमबी तक की भौतिक मेमोरी को संबोधित किया। यह दो मोड में काम कर सकता है: वास्तविक और संरक्षित। वास्तविक मोड में, i80286 बढ़े हुए प्रदर्शन (20 मेगाहर्ट्ज तक) के साथ i8086 की तरह काम करता है। स्मृति को कई खंडों के रूप में माना जाता है, जिनमें से प्रत्येक में 2 16 बाइट होते हैं। खंड उन पतों से शुरू होते हैं जो 16 के गुणक हैं (निचले 4 पते बिट हमेशा 0 होते हैं)। प्रोग्राम में मनमाने ढंग से सेगमेंट सेट किए जा सकते हैं। खंड पतों को खंड रजिस्टरों में संग्रहीत किया जाता है। संरक्षित मोड में, उच्च खंड पते की गणना 4 अग्रणी शून्यों को जोड़कर नहीं की जाती है, लेकिन खंड रजिस्टरों का उपयोग करके अनुक्रमित तालिकाओं से निकाला जाता है। यह आपको बड़ी मात्रा में जानकारी के साथ काम करने की अनुमति देता है, जिसकी मात्रा भौतिक मेमोरी की मात्रा से अधिक होती है। यदि भौतिक मेमोरी पूरी तरह से भरी हुई है, तो जो डेटा फिट नहीं होता है वह हार्ड ड्राइव पर स्थित होता है। इसके अलावा, संरक्षित मोड मल्टीटास्किंग का समर्थन कर सकता है। इस उद्देश्य के लिए OS/2 ऑपरेटिंग सिस्टम बनाया गया था।
इस मोड में, प्रोसेसर प्रत्येक कार्यक्रम के लिए आवंटित समय स्लॉट में विभिन्न कार्यक्रमों को निष्पादित कर सकता है। उपयोगकर्ता को ऐसा लगता है कि प्रोग्राम उसी समय चल रहे हैं।
पांचवीं पीढ़ी
80386 - 1985
इसका पहला प्रतिनिधि 32-बिट एमपी i80386DX था जिसमें 275 हजार ट्रांजिस्टर, 1.5 माइक्रोन तकनीक, 4 जीबी एड्रेसेबल भौतिक मेमोरी थी। नए रजिस्टर हैं, नए 32-बिट ऑपरेशन हैं।
एमपी के लिए पिछली पीढ़ियों के लिए लिखे गए कार्यक्रमों को क्रियान्वित करने के लिए, इसके संचालन के तीन तरीके हैं।
आपूर्ति वोल्टेज को रीसेट या लागू करने के बाद, एमपी वास्तविक मोड में चला जाता है और बहुत तेज़ i8086 की तरह काम करता है, लेकिन, प्रोग्रामर के अनुरोध पर, 32 बिट्स के साथ। सभी क्रियाएं: एड्रेसिंग, मेमोरी एक्सेस, इंटरप्ट हैंडलिंग i8086 के रूप में की जाती हैं। दूसरा मोड - संरक्षित, एक निश्चित स्थिति शब्द को नियंत्रण रजिस्टर में लोड करके सक्षम किया गया है। इस स्थिति में, MP संरक्षित मोड में i80286 के रूप में कार्य करता है। चार-स्तरीय विशेषाधिकार तंत्र और इसके पेजिंग का उपयोग करके मल्टीटास्किंग, मेमोरी प्रोटेक्शन को लागू किया। एमपी साझा मेमोरी के साथ कई वर्चुअल प्रोसेसर के रूप में काम करता है, जिनमें से प्रत्येक i8086, i80286, या i80386 मोड में हो सकता है।
तीसरे वर्चुअल मोड में इस प्रोसेसर के फायदे पूरी तरह से सामने आ जाते हैं। यहां, पते के सभी 32 बिट्स का पूरी तरह से उपयोग किया जाता है और वर्चुअल मेमोरी के साथ काम करना संभव है। यह i80386 के आगमन के साथ ही विंडोज का तेजी से परिचय शुरू हुआ, क्योंकि पिछली पीढ़ियों के प्रोसेसर की शक्ति विंडोज के लिए अपर्याप्त थी।
80386SX - 1988
1988 में, i80386SX प्रोसेसर दिखाई दिया, जिसने पहले से अप्रचलित i80286 प्रोसेसर और बहुत महंगे i80386DX प्रोसेसर के बीच की खाई को भर दिया। मदरबोर्ड पर पुराने i80286 प्रोसेसर को i80386DX के साथ बदलना संभव नहीं है, क्योंकि बाद वाले की बड़ी डेटा बस चौड़ाई है। I80386SX प्रोसेसर इस तरह के प्रतिस्थापन की अनुमति देता है। I80386SX में आंतरिक प्रक्रियाएं i80386DX के समान हैं, लेकिन "बाहरी वातावरण" के साथ संचार केवल 16-बिट बस के माध्यम से किया जाता है। नतीजतन, संचार 16 बिट्स के 2 चरणों में होता है, जो काम को लगभग 10% धीमा कर देता है। i80386SX प्रोसेसर की एक और सीमा 24-बिट एड्रेस बस है, जो RAM के आकार को 16MB तक सीमित करती है। समीक्षा किए गए MP i80386SX के बाद, Intel ने i80386SL प्रोसेसर बनाया और बाजार में 33 मेगाहर्ट्ज की क्लॉक फ्रीक्वेंसी के साथ बनाया, जो CMOS संरचनाओं पर बनाया गया है जो न्यूनतम बिजली की खपत प्रदान करता है। इसके लिए धन्यवाद, बैटरी चालित व्यक्तिगत कंप्यूटर जैसे नोटबुक विकसित होने लगे।
छठी पीढ़ी
80486 - 1989
यह 1989 में MP i80486DX के रूप में दिखाई दिया। पिछली पीढ़ियों के एमपी के विपरीत, यह एमपी मौलिक रूप से कुछ नया नहीं दर्शाता है इसमें, i80386 प्रोसेसर, i80387 कोप्रोसेसर और 8 केबी की क्षमता वाले प्राथमिक कैश को एक चिप में कॉपी किया गया था।
टिप्पणी।
I80386 MP से विरासत में मिली 32-बिट वास्तुकला के बावजूद, एक चिप पर प्रोसेसर, कोप्रोसेसर और कैश के संयोजन और अन्य सुधारों के परिणामस्वरूप, i80486 एक ही घड़ी की आवृत्ति पर अपने पूर्ववर्ती की तुलना में 3-4 गुना तेजी से गणना करता है।
इंटेल हर समय इस प्रोसेसर में सुधार कर रहा है, और i80486DX2 MP, जिसमें बाहरी घड़ी की आवृत्ति microcircuit के अपने क्वार्ट्ज से दोगुनी है, और i80486DX4, जिसमें आवृत्ति 3 से गुणा की जाती है, जारी की गई। इन प्रोसेसर में, सभी निर्देश जिन्हें बाहरी बस में डेटा ट्रांसफर की आवश्यकता नहीं है, 2-3 गुना तेजी से प्रदर्शन किया। केवल RAM तक पहुँचने में लगने वाला समय और धीमे पेरिफेरल्स काम की गति को कम करते हैं। इसके अलावा, i80486DX4 में कैश मेमोरी को 16 KB तक बढ़ाया गया है।
पेंटियम की पीढ़ियां
पेंटियम पी5 - 1993
1993 में, i80586 दिखाई दिया, जिसे पेंटियम (P5) नाम दिया गया। यह 66 मेगाहर्ट्ज की बाहरी क्लॉक फ्रीक्वेंसी वाला 32-बिट प्रोसेसर था, जिसे 3.1 मिलियन ट्रांजिस्टर वाले सीएमओएस संरचना (0.8 माइक्रोन) के साथ सबमाइक्रोन तकनीक का उपयोग करके बनाया गया था। पेंटियम में दो 32-बिट पता स्थान (तार्किक और भौतिक), एक 64-बिट डेटा बस और 2 निर्देश प्रसंस्करण पाइपलाइन समानांतर में चल रही हैं। एक ही समय में कमांड के दो सेट निष्पादित किए जाते हैं। 16 KB कैश को 8 KB इंस्ट्रक्शन कैश और 8 KB डेटा कैश में विभाजित किया गया है। एक नई फ़्लोटिंग पॉइंट इकाई शामिल है जो i80486 की तुलना में 4-8 गुना तेज़ी से संचालन करती है।
पी54, पेंटियम प्रो - 1994
1994 में, दूसरी पीढ़ी के पेंटियम प्रोसेसर (P54) दिखाई दिए। लगभग समान संख्या में ट्रांजिस्टर के साथ, उन्हें 0.6 माइक्रोन तकनीक का उपयोग करके बनाया गया था, जिससे बिजली की खपत को कम करना संभव हो गया। आपूर्ति वोल्टेज को घटाकर 3.3 V कर दिया गया। आंतरिक आवृत्ति गुणन लागू किया गया। इस मामले में, बाहरी सिस्टम बस के इंटरफ़ेस सर्किट 50,60,66 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर काम करते हैं, जबकि प्रोसेसर कोर उच्च आवृत्ति (75,90,100,120,133, 150, 166 और 200 मेगाहर्ट्ज) पर काम करता है। फ्रीक्वेंसी सेपरेशन से एमपी मैन्युफैक्चरिंग टेक्नोलॉजी की उपलब्धियों को महसूस करना संभव हो जाता है, जो मेमोरी परफॉर्मेंस बढ़ाने की संभावनाओं से काफी आगे हैं। गुणन कारक (1.5;2;2.5;3) दो नियंत्रण इनपुट पर सिग्नल स्तरों के संयोजन द्वारा निर्धारित किया जाता है। मामले पर अंकन में दर्शाए गए विभिन्न एफ-वैल्यू वाले प्रोसेसर एक ही टेम्पलेट के अनुसार निर्मित होते हैं। सख्त स्क्रीनिंग टेस्ट के बाद फ्रीक्वेंसी मार्किंग लागू की जाती है। आवृत्ति पर निर्भर करता है जिस पर एमपी पूरी तरह से आउटपुट नियंत्रण पारित करता है।
पेंटियम के समानांतर, पेंटियम प्रो प्रोसेसर भी विकसित हुआ। गणना के संगठन के सिद्धांत में इसका मुख्य अंतर गतिशील निष्पादन है। इस मामले में, प्रोसेसर के अंदर, निर्देशों को उस क्रम में निष्पादित नहीं किया जा सकता है जिस क्रम में प्रोग्राम मानता है। यह f को बढ़ाए बिना प्रदर्शन में सुधार करता है। इसके अलावा, समग्र थ्रूपुट को बढ़ाने के लिए एक दोहरी स्वतंत्र बस संरचना को अपनाया गया है। एक बस सिस्टम बस है, इसका उपयोग मुख्य मेमोरी और इंटरफ़ेस डिवाइस के कोर के साथ संवाद करने के लिए किया जाता है। अन्य विशेष रूप से MP मामले में एकीकृत 256 KB (512 KB) के द्वितीयक कैश के साथ विनिमय के लिए अभिप्रेत है। क्रिस्टल के ताप को कम करने के लिए, अधिकांश प्रोसेसर नोड्स की क्लॉकिंग को रोककर लगभग 10 गुना बिजली की खपत को तुरंत कम करना संभव है। एमपी आंतरिक तापमान संवेदक से संकेत के साथ-साथ एचएएलटी कमांड को निष्पादित करके इस राज्य में स्विच करता है।
पेंटियम एमएमएक्स - 1997
1997 में, पेंटियम एमएमएक्स प्रोसेसर (पी55सी) जारी किया गया था। MMX तकनीक i80386 की शुरुआत के बाद से Intel प्रोसेसर आर्किटेक्चर में सबसे महत्वपूर्ण सुधार का प्रतिनिधित्व करती है। पेंटियम एमएमएक्स क्रिस्टल का क्षेत्रफल क्लासिक पेंटियम से 50% बड़ा है। Microcircuit के आउटपुट सर्किट के बफर सर्किट 3.3 V के वोल्टेज पर काम करते हैं, आंतरिक सर्किट डेस्कटॉप के लिए 2.8 V और पोर्टेबल कंप्यूटर मॉडल के लिए 2.45 V है।
MMX तकनीक उन मल्टीमीडिया समस्याओं को हल करने पर केंद्रित है जिनके लिए पूर्णांकों पर गहन गणना की आवश्यकता होती है। इसी तरह के कार्य गेमिंग, संचार, शैक्षिक और अन्य कार्यक्रमों द्वारा हल किए जाते हैं जो ग्राफिक्स, ध्वनि, त्रि-आयामी छवि, एनीमेशन इत्यादि का उपयोग करते हैं।
एमएमएक्स प्रौद्योगिकी का सार 8 नए आभासी 64-बिट रजिस्टरों के प्रोसेसर में उपस्थिति और मल्टीमीडिया समस्याओं को हल करने के लिए 57 नए निर्देश हैं। आठ नए रजिस्टर आभासी हैं क्योंकि ये रजिस्टर भौतिक रूप से कोप्रोसेसर रजिस्टर हैं। इस प्रकार, पिछली पीढ़ियों के कार्यक्रमों के साथ संगतता बनी रहती है।
पेंटियम II - 1997
मई 1997 में, 0.3 माइक्रोन तकनीक का उपयोग करके निर्मित पेंटियम II बाजार में आया। यह उच्च आंतरिक घड़ी की गति के साथ पेंटियम प्रो कोर का थोड़ा कम किया गया संस्करण है, जिसमें एमएमएक्स समर्थन पेश किया गया है। यह प्रोसेसर एक नई तकनीक का उपयोग करता है - एक प्रोसेसर कोर के साथ एक चिप और स्थिर मेमोरी चिप्स का एक सेट और द्वितीयक कैश को लागू करने वाले अतिरिक्त सर्किट एक छोटे मुद्रित सर्किट बोर्ड - एक कारतूस पर रखे जाते हैं। सभी क्रिस्टल एक सामान्य ढक्कन से ढके होते हैं और एक विशेष पंखे द्वारा ठंडा होते हैं।
आंतरिक घड़ी की आवृत्ति 233,266,300 मेगाहर्ट्ज है, बाहरी 66.6 मेगाहर्ट्ज बनी हुई है।
प्रोसेसर में अतिरिक्त कम पावर मोड हैं:
1. स्लीप ("स्लीप मोड"), जब यह फ्रीक्वेंसी मल्टीप्लायर सर्किट को छोड़कर अपने आंतरिक नोड्स को क्लॉक नहीं करता है।
2. गहरी नींद ("गहरी नींद")। तब होता है जब कोई बाहरी घड़ी हटा दी जाती है। इस मोड में, प्रोसेसर कोई कार्य नहीं करता है और खपत वर्तमान केवल रिसाव धाराओं द्वारा निर्धारित किया जाता है।
पेंटियम III - 1999
1999 में, 600 मेगाहर्ट्ज पेंटियम III प्रोसेसर दिखाई दिया, जिसमें 9.5 मिलियन ट्रांजिस्टर थे। इंटेल के अनुसार, यह प्रोसेसर आपको इंटरनेट से ऑडियो और वीडियो जानकारी प्राप्त करने के साथ-साथ उच्चतम गुणवत्ता के त्रि-आयामी ग्राफिक्स प्राप्त करने की अनुमति देगा। निर्माण कंपनियों के पूर्वानुमान के अनुसार, एमपी उत्पादन तकनीक का और विकास एक चिप पर ट्रांजिस्टर के घनत्व को बढ़ाने, धातुकरण परतों की संख्या में वृद्धि और घड़ी की आवृत्ति में वृद्धि के साथ-साथ आपूर्ति वोल्टेज में कमी और विशिष्ट (प्रति ट्रांजिस्टर) ने बिजली की खपत की और थर्मल ऊर्जा जारी की। वर्तमान में, पेंटियम IV प्रोसेसर का उत्पादन किया जा रहा है, जिसकी क्लॉक फ्रीक्वेंसी 3000 मेगाहर्ट्ज तक पहुंच गई है।
भौतिक सीमाओं के कारण चिप पर ट्रांजिस्टर के रैखिक आयामों की तकनीकी सीमा लगभग 0.05 माइक्रोन है। आगे कम करने के रास्ते में, भौतिक सीमाओं के अलावा, आर्थिक भी हैं। प्रत्येक अगली पीढ़ी के चिप्स के लिए प्रौद्योगिकी की लागत दोगुनी हो जाती है। 1986 में, i80386 का उत्पादन 200 मिलियन डॉलर के कारखाने में किया गया था। इंटेल प्लांट वर्तमान में $ 2.4 बिलियन का है। इसलिए, 0.25 माइक्रोन तकनीक का उपयोग कर चिप्स बनाने वाले संयंत्र की लागत 10 अरब डॉलर होगी। मप्र के लिए उत्पादन का समय बढ़ रहा है। तो पेंटियम प्रोसेसर 6 महीने में तैयार होता है, और नया पेंटियम प्रो - 9 महीने में। मप्र की पीढ़ियां हर 2-3 साल में बदल जाती हैं। प्रत्येक पीढ़ी के साथ, तत्वों के रैखिक आयाम लगभग 1.5 गुना कम हो जाते हैं। 2000 में, कंडक्टरों की चौड़ाई 0.2 माइक्रोन थी, और 2006 में यह 0.1 माइक्रोन तक पहुंच गई, घड़ी की आवृत्ति पहले ही 2000 मेगाहर्ट्ज से अधिक हो गई है।
इंटेल उत्पादों के उदाहरण का उपयोग करते हुए एमपी के विकास पर उपरोक्त संक्षिप्त डेटा दिखाता है कि एमपी का उत्पादन कितनी तेजी से विकास और सुधार कर रहा है। प्रौद्योगिकी की कोई अन्य शाखा इतनी तेजी से विकसित नहीं हो रही है। इंटेल के संस्थापक गॉर्डन मूर ने इसे बहुत ही आलंकारिक रूप से व्यक्त किया: "यदि मोटर वाहन उद्योग सेमीकंडक्टर उद्योग की गति से विकसित होता है, तो आज एक रोल्स-रॉयस की कीमत $ 3 होगी, एक गैलन गैसोलीन पर आधा मिलियन मील की दूरी तय कर सकती है और पार्किंग के लिए भुगतान करने की तुलना में इसे फेंकना सस्ता होगा।
इस समीक्षा में केवल इंटेल प्रोसेसर पर विचार किया गया है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एएमडी, सिरिक्स, मोटोरोला और अन्य जैसे प्रोसेसर बनाने वाली अन्य कंपनियों की तकनीक भी विकास के समान मार्ग से गुजरती है। लेकिन गुणवत्ता के लिए इस संघर्ष में अग्रणी "ट्रेंडसेटर" इंटेल बना हुआ है।
सूचना और मापने के उपकरण में 9 माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रो कंप्यूटर
9.1 मापने के उपकरण में एमपी के मुख्य कार्य
सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला बिल्ट-इन एमपी और एमके। वे उपकरणों की विशेषताओं (सटीकता, विश्वसनीयता, दक्षता, आदि) में काफी सुधार करते हैं। बिल्ट-इन एमपी का उपयोग एक इकाई में स्विचिंग उपकरणों के साथ कई कार्यात्मक इकाइयों को एक साथ जोड़कर एकल-कार्यात्मक डिवाइस को बहुक्रियाशील में बदलने की अनुमति देता है। MP ऐसे उपकरण को प्रोग्राम करने योग्य बनाता है।
एमपी माप की शुरुआत से पहले शून्य सेटिंग के लिए स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति करके, स्वचालित रूप से अंशांकन (स्व-अंशांकन, आत्म-नियंत्रण प्रदर्शन), और माप परिणामों के स्वचालित सांख्यिकीय प्रसंस्करण का प्रदर्शन करके माप उपकरण की सटीकता में सुधार करता है।
एमटी अप्रत्यक्ष और कुल माप के उपयोग के माध्यम से उपकरणों की माप क्षमताओं का विस्तार करता है। अप्रत्यक्ष माप में, यह वांछित पैरामीटर नहीं है जिसे मापा जाता है, लेकिन अन्य पैरामीटर जिसके साथ वांछित एक कार्यात्मक निर्भरता से संबंधित होता है। उदाहरण के लिए, वोल्टेज और प्रतिरोध को मापकर शक्ति निर्धारित की जा सकती है और सूत्र P=U 2 /R का उपयोग करके गणना की जा सकती है। संचयी माप की विधि का उपयोग करते समय, एक ही नाम की कई भौतिक मात्राओं को एक साथ मापा जाता है, जिस पर समीकरणों की एक प्रणाली को हल करके मात्राओं के वांछित मान पाए जाते हैं। इस मामले में, एमटी को आवश्यक विश्लेषणात्मक निर्भरताओं को लागू करने के लिए प्रोग्राम किया गया है।
9.2 उपकरणों को मापने में एमपी का उपयोग करने के उदाहरण
9.2.1 माइक्रोप्रोसेसर डिजिटल फ्रीक्वेंसी काउंटर
उच्च आवृत्तियों को मापने के लिए, एक प्रत्यक्ष विधि का उपयोग किया जाता है, जिसमें एक निश्चित समय अंतराल का चयन किया जाता है और अध्ययन के तहत सिग्नल की अवधि की गणना की जाती है। अवधि N की संख्या में वृद्धि के साथ माप सटीकता बढ़ती है। कम आवृत्तियों पर, इसके लिए बहुत अधिक समय की आवश्यकता होगी। इसलिए, कम आवृत्तियों पर, अप्रत्यक्ष विधि का उपयोग किया जाता है। अस्थायी गेट की चौड़ाई अध्ययन क्यूटी एक्स के तहत सिग्नल की अवधि के एक से अधिक के रूप में चुनी जाती है, गेट एक ज्ञात आवृत्ति एफ एसएच के जनरेटर के दालों से भर जाता है, और दालों की संख्या एन की गणना की जाती है। दोनों विधियों को चित्र 9-1 में चित्रित किया गया है
Fig.9-1 आवृत्ति माप प्रक्रिया के समय आरेख।
यहाँ:
ए - मापा संकेत;
बी - दालों के अनुक्रम में परिवर्तित संकेत;
सी - अप्रत्यक्ष माप के लिए समय अंतराल;
डी - अप्रत्यक्ष माप के दौरान दालों को भरना;
ई - प्रत्यक्ष माप के लिए समय अंतराल;
ई - प्रत्यक्ष माप के दौरान दालों का फटना।
चित्रा 9-2 एमपी के नियंत्रण में प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष तरीकों से सिग्नल की आवृत्ति को मापने के लिए डिवाइस का एक ब्लॉक आरेख दिखाता है, जिसमें समय आरेखों के अनुरूप बिंदु चिह्नित होते हैं।
चित्र 9-2
सीधी विधि
जब ए 0 = 1, प्रत्यक्ष माप पद्धति लागू की जाती है। मल्टीप्लेक्सर्स इनपुट्स x 1 का चयन करते हैं। एमपी टी की अवधि के साथ एक अस्थायी गेट बनाता है। यदि काउंटर इस अंतराल में एन दालों की गिनती करता है, तो टी = एनटी एक्स, या टी = एन / एफ एक्स, इसलिए एफ एक्स = एन / टी।
अप्रत्यक्ष विधि
जब A 0 = 0, x 0 मल्टीप्लेक्सर्स के इनपुट चुने जाते हैं, और एक अप्रत्यक्ष माप पद्धति लागू की जाती है। अस्थायी गेट शेपर में रूपांतरण कारक q = 2 k के साथ एक आवृत्ति विभक्त होता है, जहाँ k को चुना जाता है ताकि दालों की संख्या (प्लॉट d) प्राप्त की जा सके जो आवश्यक माप सटीकता F x प्रदान करता है। अंतराल में qT x फ़िट n दालें qT x =nT मध्य या q/F x =n/F मध्य, इसलिए F x =qF मध्य /n।
9.2.2 वाइड रेंज काउंटर
यह मापा संकेत की आवृत्ति को कम करने के लिए हेटेरोडाइन विधि का उपयोग करता है। यदि आप स्थानीय थरथरानवाला संकेत (सहायक जनरेटर) F 1 के साथ मापा संकेत F माप को मिलाते हैं, तो परिणाम आवृत्तियों F meas +nF 1 और F माप -nF 1 के साथ संकेत होता है। फ़्रीक्वेंसी को कम करने के लिए, वेरिएंट F का मतलब -nF 1 =F pr का उपयोग किया जाता है, जहाँ F pr अगले ब्लॉक द्वारा आवंटित मध्यवर्ती फ़्रीक्वेंसी है।
चित्र 9-3
पीएससीएच - प्रोग्राम करने योग्य आवृत्ति सिंथेसाइज़र (स्थानीय ऑसीलेटर)।
UPCH - मध्यवर्ती आवृत्ति प्रवर्धक।
TsCH - डिजिटल फ़्रीक्वेंसी मीटर टाइप Fig.9-2
ऑपरेशन के दौरान, MP F सिंथ को मान F "सिंथ में बदलता है, जिस पर
F meas -F "synth \u003d F ave। फिर F meas \u003d F pr + nF" सिंथ।
9.2.3 एमपी नियंत्रण के साथ मापने वाला जनरेटर
सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले कार्यात्मक जनरेटर हैं जो सामान्यीकृत मेट्रोलॉजिकल विशेषताओं के साथ विभिन्न आकृतियों (त्रिकोणीय, आयताकार, साइनसॉइडल और अन्य) के संकेत उत्पन्न करते हैं। ऐसे जनरेटर की आवृत्ति रेंज 10 -6 हर्ट्ज - 50 * 10 6 हर्ट्ज है। चित्र 9-4 ऐसे जनरेटर का एक ब्लॉक आरेख दिखाता है।
चित्र 9-4
यहां, बीएस काउंटरों का प्रोग्रामेबल ब्लॉक है, जीटीआई प्रोग्रामेबल क्लॉक जनरेटर है।
ऑपरेटर एक ही फॉर्म के सिग्नल उत्पन्न करने के लिए फ़ंक्शन एफ (टी) में प्रवेश करने के बाद, एमपी एक नमूना दर के साथ एक अवधि के अंतराल पर नमूने एफ (टी i) की गणना करता है। रीडिंग रैम को लिखी जाती है। जीटीआई आउटपुट सिग्नल बीएस को जाता है, जहां रैम एड्रेस बनता है।
9.2.4 डिजिटल फिल्टर
एक डिजिटल फिल्टर एक उपकरण है जो एक असतत सिग्नल xn को दूसरे असतत सिग्नल yn में परिवर्तित करता है, और सिग्नल xn और yn स्वयं बाइनरी डिजिटल कोड हैं।
एनालॉग फिल्टर एक आवृत्ति चयनात्मक सर्किट है जो निरंतर इनपुट सिग्नल U 1 (t) से निरंतर आउटपुट सिग्नल U 2 (t) में कुछ रैखिक परिवर्तन करता है। इसके विपरीत, डिजिटल फ़िल्टर इनपुट डिजिटल अनुक्रम x(nT) को आउटपुट डिजिटल अनुक्रम y(nT) में परिवर्तित करता है। उदाहरण के तौर पर सबसे सरल फिल्टर का उपयोग करके एक एनालॉग फिल्टर को डिजिटल में बदलने पर विचार करें।
सरलतम एनालॉग हाई-पास फिल्टर एक आरसी सर्किट है (चित्र 9-5)।
चित्र 9-5
आइए इनपुट और आउटपुट वोल्टेज के बीच अनुपात को परिभाषित करें।
यू 2 (टी) \u003d आई (टी) * आर \u003d आरसी * डी (यू 1 -यू 2) / डीटी (1)
आइए यू 1 (टी) और यू 2 (टी) को इसी डिजिटल अनुक्रम यू 1 = एक्स (एनटी) और यू 2 = वाई (एनटी) द्वारा दर्शाते हैं, फिर:
(2) को (1) में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:
निरूपित
.
परिणामी अभिव्यक्ति n-वें परिमाणीकरण चरण में फ़िल्टर Y n के आउटपुट सिग्नल की गणना के लिए एल्गोरिथ्म को निर्धारित करती है, जो पिछले n-1 -th चरण में इसके मूल्य के आधार पर, इनपुट सिग्नल X n , X के मान पर निर्भर करता है। n -1 और नमूना चरण τ। आइए हाई-पास फिल्टर की क्षणिक प्रतिक्रिया को परिभाषित करें।
यदि हम प्रतिचयन चरण τ=1 चुनते हैं, तो हमें मिलता है
X(nT)=1 के लिए n>=0,X(nT)=0 के लिए n<0.
एक छोटे कदम के साथ τ=0.125 हमारे पास है
एनालॉग फ़िल्टर का उपयोग करते समय, इसके अंतर समीकरण को हल करना देता है
चित्र 90-6 सूत्र (3), (4) और (5) और संबंधित रेखांकन द्वारा गणना किए गए आउटपुट सिग्नल के मूल्यों को दर्शाता है।
चित्र 9-6
यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे नमूना अंतराल τ घटता जाता है, डिजिटल फ़िल्टर की क्षणिक प्रतिक्रिया एनालॉग फ़िल्टर के पास पहुँचती है।
सरलतम एनालॉग लो-पास फिल्टर चित्र 9-7 में दिखाया गया है।
चित्र 9-7
यह समीकरण द्वारा वर्णित है:
चलो वेतन वृद्धि पर चलते हैं:
और अंत में:
यह दिखाया जा सकता है कि इस मामले में, τ घटने के साथ, डिजिटल फ़िल्टर की क्षणिक प्रतिक्रिया अनिश्चित काल तक एनालॉग फ़िल्टर की क्षणिक प्रतिक्रिया तक पहुंचती है।
डिजिटल फिल्टर में, यह कुछ गुणांक और जोड़ से गुणा के संचालन के लिए नीचे आता है। उपरोक्त फ़िल्टर पहले क्रम के फ़िल्टर हैं। सर्वोत्तम परिणाम उच्च क्रम के फ़िल्टर द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, जिसमें आउटपुट मान Y n की गणना करने के लिए x और y के मानों को कई चरणों में विलंबित किया जाता है।
एमपी पर प्रोग्राम और प्रदर्शन करने के लिए ऐसी अभिव्यक्ति की गणना करना बहुत आसान है। विलंबित सिग्नल स्टैक पर रखे जाते हैं।
10 माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम का परीक्षण
10.1 स्थैतिक संकेतों के साथ परीक्षण
माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम में, डेटा प्रवाह एपेरियोडिक होता है, सिग्नल की अवधि बदल जाती है, जिससे परीक्षण और निदान में बड़ी मुश्किलें आती हैं - त्रुटियों का कारण निर्धारित करना। इन कठिनाइयों को दूर करने का एक तरीका सिस्टम का स्थैतिक परीक्षण करना है। MP K580VM80 के लिए, यह निम्नानुसार किया जाता है। MP को बोर्ड में टांका नहीं लगाया गया है, लेकिन पैनल में स्थापित किया गया है। परीक्षण करते समय, एमपी हटा दिया जाता है और संकेतों को अनुकरण करने और इंगित करने के लिए एडाप्टर ब्लॉक डाला जाता है। टॉगल स्विच एड्रेस बस पिन से जुड़े होते हैं, टॉगल स्विच त्रि-राज्य सर्किट और एलईडी के माध्यम से ओपन-कलेक्टर लॉजिक तत्वों के माध्यम से डेटा बस से जुड़े होते हैं। टॉगल स्विच के साथ एमपी के आवश्यक पते और आउटपुट सिग्नल डायल करके, आप सिस्टम का परीक्षण कर सकते हैं।
10.2 माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम के ऑटोडायग्नोस्टिक्स
ऑटोडायग्नोस्टिक्स एक अंतर्निहित डायग्नोस्टिक्स है जो आंतरिक डायग्नोस्टिक कार्यक्रमों के उपयोग पर आधारित है। ये प्रोग्राम सिस्टम के उपयोगकर्ता द्वारा स्व-निष्पादित या लागू हो सकते हैं। माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम को डिजाइन करते समय उन्हें रखा जाता है।
10.3 तर्क विश्लेषक
स्थैतिक संकेतों के साथ परीक्षण एक धीमी प्रक्रिया है और हमेशा लागू नहीं होती है। अधिक सार्वभौमिक विशेष उपकरणों का उपयोग है - तर्क विश्लेषक।
10.3.1 तर्क स्थिति विश्लेषक (तुल्यकालिक मोड)
वे 8-, 12-, 16- और 32-बिट संस्करणों में उपलब्ध हैं। आउटपुट जानकारी एक और शून्य, ऑक्टल या हेक्साडेसिमल कोड की तालिका के रूप में दी गई है। विश्लेषक परीक्षण के तहत बस से जुड़ा हुआ है, और एक तालिका या डिस्प्ले n बस राज्यों की एक तालिका दिखाता है, निर्दिष्ट राज्य या पिछले राज्यों से शुरू होता है। इसी तरह के विश्लेषक चित्र 10-1 के ब्लॉक आरेख के अनुसार बनाए गए हैं।
चित्र 10-1
K0-K15 - इनपुट सिग्नल तुलनित्र;
आर - तुलना के स्तर की स्थापना के लिए तनाव नापने का यंत्र;
केसी - शब्द तुलनित्र;
केएल - शब्द इनपुट कीबोर्ड;
FUS - नियंत्रण संकेत जनरेटर;
Rg0-Rg15 - i-th इनपुट के 16 मान रिकॉर्ड करने के लिए शिफ्ट रजिस्टर (मॉड्यूल 2 अध्याय 7.2);
च:एन - आवृत्ति विभक्त; बीपीआर - रूपांतरण ब्लॉक।
तर्क विश्लेषक के काम की शुरुआत में, कुंजीपटल पर एक शब्द टाइप किया जाता है, जिससे विश्लेषण किया जाता है। यदि K0-K15 और डायल किए गए कोड के आउटपुट पर कोड मेल खाता है, तो COP एक पल्स उत्पन्न करता है, जिसके प्रभाव में FUS नियंत्रण सिग्नल US1 और US2 उत्पन्न करता है। प्रत्येक क्लॉक पल्स TI के आगमन के साथ, एक गिनती पल्स US1 * TI काउंटर-डिवाइडर के आउटपुट पर दिखाई देती है। n क्लॉक पल्स आने के बाद, कंजंक्टर &2 बंद हो जाता है और रजिस्टरों में लिखना बंद हो जाता है। रजिस्टरों Rg0-Rg15 के n आउटपुट मानों से रूपांतरण ब्लॉक n पंक्तियों वाली डिस्प्ले स्क्रीन पर एक तालिका बनाता है।
10.3.2 लॉजिक टाइमिंग एनालाइज़र (एसिंक्रोनस मोड)
ऐसे विश्लेषक संकेतों की आवृत्ति की तुलना में बहुत अधिक आवृत्ति पर इनपुट संकेतों को स्कैन करते हैं। यह न केवल प्रत्येक घड़ी अवधि में एक संकेत की उपस्थिति या अनुपस्थिति को निर्धारित करने की अनुमति देता है, बल्कि परिवर्तन की गतिशीलता की जांच करने, सामने की विकृतियों, अल्पकालिक चोटियों, डिप्स आदि का पता लगाने की भी अनुमति देता है। अतुल्यकालिक मोड एनालाइज़र बहुत अधिक आंतरिक आवृत्ति पर देखे जाते हैं। उपकरणों का उत्पादन f=20, 50, 100, 200 मेगाहर्ट्ज के साथ किया जाता है। वे 5 एनएस तक झूठी दालों को ठीक करने के लिए अतिरिक्त ट्रिगर सर्किट का उपयोग करते हैं, जिससे ऐसी दालों का पता लगाना बहुत आसान हो जाता है।
10.4 इन-सर्किट एमुलेटर
अनुकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक प्रणाली का उपयोग दूसरे सिस्टम के गुणों को पुन: उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। विकसित माइक्रोप्रोसेसर डिवाइस के विभिन्न घटकों के अनुकरण को व्यवस्थित करने के लिए इन-सर्किट एमुलेटर का उपयोग किया जाता है। वे विकास के जटिल डिबगिंग के संगठन के लिए अभिप्रेत हैं। उद्योग एमुलेटर को स्टैंड-अलोन डिवाइस के रूप में तैयार करता है। वे माइक्रोप्रोसेसर, भंडारण उपकरणों, परिधीय उपकरणों के व्यवहार का अनुकरण करते हैं।
इन-सर्किट एमुलेटर विभिन्न MPS नोड्स की स्थिति, उपयोगकर्ता प्रोग्राम के चरण-दर-चरण निष्पादन के मतदान के मोड में काम कर सकता है। इसकी मदद से MPS कोर, ट्रंक चेक किए जाते हैं, ROM और RAM टेस्ट किए जाते हैं। सबसे अच्छा परीक्षण विकल्प इन-सर्किट अनुकरण और हस्ताक्षर विश्लेषण विधियों का एक संयोजन है।
10.5 हस्ताक्षर विश्लेषण
एक हस्ताक्षर एक संख्या है जिसमें हेक्साडेसिमल कोड के 4 अक्षर होते हैं और सशर्त रूप से, लेकिन नियंत्रित डिवाइस के एक निश्चित नोड को स्पष्ट रूप से चिह्नित करते हैं। हस्ताक्षर कारखाने में निर्धारित किया जाता है - डिवाइस के निर्माता और सर्किट के अलग-अलग बिंदुओं (चित्र 10-2) या डिवाइस के निर्देशों में इंगित किया गया है।
Fig.10-2 डिवाइस आरेख पर संकेतित हस्ताक्षर
हस्ताक्षर सांसद द्वारा उत्पन्न परीक्षण संकेत (परीक्षण अनुक्रम) से बनता है। किसी भी नोड के इनपुट में कम से कम 16 शून्य और एक वाला एक परीक्षण अनुक्रम खिलाया जाता है। नोड (नियंत्रित बिंदु) के आउटपुट से, पहले से परिवर्तित अनुक्रम को हटा दिया जाता है और हस्ताक्षर विश्लेषक के इनपुट को खिलाया जाता है। सिग्नेचर एनालाइज़र में एक BFS सिग्नेचर जनरेशन ब्लॉक (चित्र 10-3) होता है, जिसमें एडर्स मोडुलो 2 के माध्यम से परस्पर जुड़े 16 ट्रिगर होते हैं। जब एनालाइज़र चल रहा होता है, तो बहुपदों को विभाजित करने का संचालन किया जाता है। इनपुट अनुक्रम एक लाभांश बनाता है, एफएफएस सर्किट एक विभाजक है, और परीक्षण अनुक्रम के अंत के बाद ट्रिगर्स में दर्ज परिणाम विभाजन का शेष है। यदि निर्माता और परीक्षण करने वाले उपभोक्ता पर परीक्षण अनुक्रम समान हैं, साथ ही साथ एक ही बीएफएस है, तो एक कार्यशील इकाई की जांच करते समय, परिणामी हस्ताक्षर दस्तावेज़ीकरण में निर्दिष्ट हस्ताक्षर से मेल खाता है।
चित्र 10-3
दो बाइनरी अनुक्रमों के लिए एक ही हस्ताक्षर प्राप्त करने की संभावना जो एक दूसरे से एक बिट से भिन्न होती है, शून्य के बराबर होती है, और जो कई गलत बिट्स से भिन्न होती है, वह 0.00001526 है। दूसरे शब्दों में, एरर डिटेक्शन कॉन्फ़िडेंस >=99.998%। नोड के आउटपुट पर हस्ताक्षर निर्धारित करने के लिए डिवाइस के अलग-अलग नोड्स की जांच कम हो जाती है। यदि यह फैक्ट्री से मेल खाता है, तो यूनिट काम कर रही है।
11 माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम की शोर प्रतिरोधक क्षमता सुनिश्चित करना
11.1 प्राथमिक रेखा दमन
माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम विकसित करते समय, हस्तक्षेप से सुरक्षा पर विशेष ध्यान देना आवश्यक है जिससे खराबी होती है। हस्तक्षेप का एक महत्वपूर्ण हिस्सा मुख्य से आता है। एक MPS जो प्रयोगशाला में अच्छी तरह से स्थापित है, हस्तक्षेप के कारण उत्पादन वातावरण में पूरी तरह से अक्षम हो सकता है। नेटवर्क लोड में अचानक परिवर्तन के दौरान हस्तक्षेप होता है, उदाहरण के लिए, जब एक शक्तिशाली इलेक्ट्रिक मोटर, फर्नेस, वेल्डिंग मशीन चालू होती है। इसलिए, यदि संभव हो, तो ऐसे हस्तक्षेप स्रोतों से अलगाव नेटवर्क के माध्यम से किया जाना चाहिए। चित्र 11-1 उन उपकरणों को जोड़ने के लिए विभिन्न विकल्पों को दिखाता है जिनमें एक माइक्रोप्रोसेसर शामिल है। सबसे अच्छा विकल्प MPS और उपभोक्ताओं को बिजली देना है जो शक्तिशाली करंट पल्स (मोटर) बनाते हैं।
चित्र 11-1
अल्पकालिक हस्तक्षेप को दबाने के लिए, एक नेटवर्क फ़िल्टर स्थापित किया गया है। चित्र 11-2।
चित्र 11-2
कुछ मामलों में, इसके अंदर नेटवर्क तारों को बिछाने के लिए एक इलेक्ट्रोस्टैटिक शील्ड (उदाहरण के लिए, ग्राउंडेड पावर बोर्ड हाउसिंग से जुड़ा एक साधारण पानी का पाइप) पेश करना आवश्यक है।
11.2 मुख्य रूप से बिजली की आपूर्ति में हस्तक्षेप दमन
सही कनेक्शन, इलेक्ट्रोस्टैटिक स्क्रीन और सर्ज प्रोटेक्टर की उपस्थिति के बावजूद, हस्तक्षेप अभी भी डिवाइस के मुख्य इनपुट में आंशिक रूप से प्रवेश करता है। मुख्य और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच कैपेसिटिव कपलिंग के कारण, आवेग शोर बिजली ट्रांसफार्मर से होकर गुजरता है और रेक्टिफायर और उससे आगे तक प्रवेश करता है।
दमन के तरीके:
1. एक बिजली ट्रांसफार्मर की प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग अलग-अलग कॉइल पर स्थित होती हैं। यह इंटरवाइंडिंग कैपेसिटिव कपलिंग को काफी कम कर देता है, लेकिन ट्रांसफार्मर की दक्षता को कम कर देता है।
2. वाइंडिंग्स एक कॉइल पर स्थित होते हैं, लेकिन कम से कम 0.2 मिमी की मोटाई के साथ कॉपर फ़ॉइल स्क्रीन द्वारा अलग किए जाते हैं, जो बॉडी ग्राउंड से जुड़ा होता है। ढाल को कभी छोटा नहीं होना चाहिए!
3. प्राइमरी वाइंडिंग पूरी तरह से एक स्क्रीन (शॉर्ट-सर्किट नहीं) में बंद है, जो ग्राउंडेड है।
4. प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग अलग-अलग स्क्रीन में संलग्न हैं, और उनके बीच एक अलग स्क्रीन रखी गई है। सभी स्क्रीन ग्राउंडेड हैं। प्राथमिक वाइंडिंग के समानांतर, शटडाउन के समय श्रृंखला-जुड़े C \u003d 0.1 μF और R \u003d 100 ओम की एक श्रृंखला शमन ऊर्जा से जुड़ी होती है। 11.3 ग्राउंडिंग नियम
संरचनात्मक रूप से तैयार इकाइयों में, हमेशा दो प्रकार की "ग्राउंड" बसें होती हैं - बॉडी और सर्किट।
सुरक्षा नियमों के अनुसार, बॉडी बस अनिवार्य रूप से कमरे में रखी ग्राउंड बस से जुड़ी होती है। सर्किट बस (डिवाइस सर्किट का "ग्राउंड") को बॉडी बस से नहीं जोड़ा जाना चाहिए, लेकिन इसके लिए एक अलग क्लैंप होना चाहिए, जो शरीर से अलग हो। यदि सिस्टम में सूचना लाइनों से जुड़े कई उपकरण शामिल हैं, तो यह उदासीन है कि उनके शरीर और सर्किट "ग्राउंड" बस कमरे की "ग्राउंड" बस से कैसे जुड़े हैं।
यदि गलत तरीके से जुड़ा हुआ है, तो ग्राउंड बस पर समान धाराओं द्वारा उत्पन्न सर्ज वोल्टेज वास्तव में उपकरणों के इनपुट पर लागू होंगे, जिससे वे गलत तरीके से काम कर सकते हैं।
सर्किट ग्राउंड बसों को एक बिंदु पर और केस बसों को दूसरे बिंदु पर संयोजित करने पर कम से कम पारस्परिक हस्तक्षेप प्राप्त होता है (चित्र 11-3)। प्रयोगात्मक रूप से बिंदुओं के बीच की दूरी का चयन किया जाता है। कुछ मामलों में बिंदु A को रूम ग्राउंड बस से नहीं जोड़ा जा सकता है।
चित्र 11-3
11.4 माध्यमिक आपूर्ति सर्किट पर हस्तक्षेप दमन
इंटीग्रेटेड सर्किट और पुश-पुल आउटपुट सर्किट के स्विचिंग के क्षणों में, बड़े करंट सर्ज होते हैं। बोर्डों पर विद्युत रेलों के परिमित अधिष्ठापन के कारण, वे वोल्टेज दालों का कारण बनते हैं। यदि टायर पतले हैं, और कोई डिकॉप्लिंग कैपेसिटेंस नहीं है, तो बस के "दूर" छोर पर 2V तक के आयाम वाली दालें दिखाई देती हैं! ऐसी दालों का स्तर तार्किक इकाई से मेल खाता है, जो विफलताओं का कारण बनता है। इस प्रभाव को समाप्त करने के लिए, इन अनुशंसाओं का पालन करें:
1. बोर्डों पर पावर और ग्राउंड रेल का न्यूनतम अधिष्ठापन होना चाहिए। ऐसा करने के लिए, उन्हें एक जाली संरचना दी जाती है जो बोर्ड की पूरी मुक्त सतह को कवर करती है।
2. कनेक्टर पर समान रूप से वितरित कई संपर्कों के माध्यम से बाहरी शक्ति और ग्राउंड बसें बोर्ड से जुड़ी होती हैं।
3. उनकी घटना के स्थानों के पास हस्तक्षेप को दबा दिया जाता है। ऐसा करने के लिए, उच्च-आवृत्ति हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए प्रत्येक TTL सर्किट के पास एक कैपेसिटर C = 0.02 μF स्थापित किया जाता है, और एक इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर C = 100 μF अतिरिक्त रूप से 10-15 सर्किट के समूह पर स्थापित किया जाता है।