त्रि अवस्था तर्क: Difference between revisions

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{{Short description|Buffer in digital electronics}}
{{Short description|Buffer in digital electronics}}डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स में, '''त्रि-अवस्था''' या त्रि-अवस्था बफर ऐसा डिजिटल बफर है जिसमें तीन स्थिर अवस्थाएँ होती हैं: उच्च आउटपुट अवस्था, निम्न आउटपुट अवस्था और उच्च-प्रतिबाधा अवस्था। उच्च-प्रतिबाधा अवस्था में, बफर का आउटपुट बस से डिस्कनेक्ट हो जाता है, जिससे अन्य डिवाइस त्रि-अवस्था बफर से हस्तक्षेप के बिना बस को चला सकते हैं। यह उन स्थितियों में उपयोगी हो सकता है जहां एक ही बस से अनेक डिवाइस जुड़े हुए हैं और इसे बारी-बारी से एक्सेस करने की आवश्यकता   होती है। बस में त्रि-अवस्था तर्क को प्रारम्भ करने वाली प्रणाली को त्रि-अवस्था बस के रूप में जाना जाता है।
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डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स में, एक त्रि-राज्य या तीन-राज्य बफर एक प्रकार का डिजिटल बफर है जिसमें तीन स्थिर अवस्थाएँ होती हैं: एक उच्च आउटपुट अवस्था, एक निम्न आउटपुट अवस्था और एक उच्च-प्रतिबाधा अवस्था। उच्च-प्रतिबाधा अवस्था में, बफर का आउटपुट आउटपुट बस से डिस्कनेक्ट हो जाता है, जिससे अन्य डिवाइस त्रि-राज्य बफर से हस्तक्षेप के बिना बस को चला सकते हैं। यह उन स्थितियों में उपयोगी हो सकता है जहां एक ही बस से कई डिवाइस जुड़े हुए हैं और इसे बारी-बारी से एक्सेस करने की आवश्यकता है। अपनी बस में तीन-राज्य तर्क को लागू करने वाली प्रणाली को तीन-राज्य बस या त्रि-राज्य बस के रूप में जाना जाता है।


त्रि-राज्य बफ़र्स आमतौर पर बस-आधारित सिस्टम में उपयोग किए जाते हैं, जहां कई डिवाइस एक ही बस से जुड़े होते हैं और इसे साझा करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, एक कंप्यूटर सिस्टम में, कई डिवाइस जैसे कि सीपीयू, मेमोरी और पेरिफेरल्स एक ही डेटा बस से जुड़े हो सकते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक समय में केवल एक डिवाइस बस में डेटा संचारित कर सकता है, प्रत्येक डिवाइस एक त्रि-राज्य बफर से लैस है। जब कोई उपकरण डेटा संचारित करना चाहता है, तो वह अपने त्रि-राज्य बफर को सक्रिय करता है, जो इसके आउटपुट को बस से जोड़ता है और इसे डेटा संचारित करने की अनुमति देता है। जब ट्रांसमिशन पूरा हो जाता है, तो डिवाइस अपने त्रि-राज्य बफर को निष्क्रिय कर देता है, जो इसके आउटपुट को बस से डिस्कनेक्ट कर देता है और किसी अन्य डिवाइस को बस तक पहुंचने की अनुमति देता है।
त्रि-अवस्था बफ़र्स सामान्यतः बस-आधारित प्रणाली में उपयोग किए जाते हैं, जहां अनेक डिवाइस एक ही बस से जुड़े होते हैं और इसे साझा करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कंप्यूटर प्रणाली में, अनेक डिवाइस जैसे कि सीपीयू, मेमोरी और पेरिफेरल्स एक ही डेटा बस से जुड़े हो सकते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक समय में केवल एक डिवाइस बस में डेटा संचारित कर सकता है, प्रत्येक डिवाइस त्रि-अवस्था बफर से लैस है। जब कोई उपकरण डेटा संचारित करना चाहता है, तो वह अपने त्रि-अवस्था बफर को सक्रिय करता है, जो इसके आउटपुट को बस से जोड़ता है और इसे डेटा संचारित करने की अनुमति देता है। जब ट्रांसमिशन पूर्ण हो जाता है, तो डिवाइस अपने त्रि-अवस्था बफर को निष्क्रिय कर देता है, जो इसके आउटपुट को बस से डिस्कनेक्ट कर देता है और किसी अन्य डिवाइस को बस तक पहुंचने की अनुमति देता है।


गेट्स, फ्लिप-फ्लॉप, या अन्य डिजिटल लॉजिक सर्किट का उपयोग करके त्रि-राज्य बफ़र्स को लागू किया जा सकता है। वे एक बस में क्रॉसस्टॉक और शोर को कम करने के लिए उपयोगी होते हैं, और कई उपकरणों को बिना किसी हस्तक्षेप के एक ही बस को साझा करने की अनुमति देते हैं।
गेट्स, फ्लिप-फ्लॉप, या अन्य डिजिटल तर्क परिपथ का उपयोग करके त्रि-अवस्था बफ़र्स को प्रारम्भ किया जा सकता है। वे बस में क्रॉसस्टॉक और शोर को अल्प करने के लिए उपयोगी होते हैं, और अनेक उपकरणों को बिना किसी हस्तक्षेप के ही बस को साझा करने की अनुमति देते हैं।
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[[Image:Tristate buffer.svg|thumb|320px|right|एक ट्रिस्टेट बफर को स्विच के रूप में माना जा सकता है। यदि B चालू है, तो स्विच बंद है। यदि B बंद है, तो स्विच खुला है।]]
[[Image:Tristate buffer.svg|thumb|320px|right|ट्रिस्टेट बफर को स्विच के रूप में माना जा सकता है। यदि B चालू है, तो स्विच संवृत है। यदि B संवृत है, तो स्विच विवृत है।]]


== उपयोग ==
== उपयोग ==
तीसरे राज्य की मूल अवधारणा, उच्च प्रतिबाधा (हाय-जेड), बाकी सर्किट से डिवाइस के प्रभाव को प्रभावी ढंग से हटाना है। यदि एक से अधिक डिवाइस विद्युत रूप से किसी अन्य डिवाइस से जुड़े हैं, तो आउटपुट को हाई-जेड स्थिति में डालने का उपयोग अक्सर शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए किया जाता है, या एक डिवाइस उच्च ड्राइविंग (तार्किक 1) दूसरे डिवाइस के खिलाफ कम ड्राइविंग (तार्किक 0) करता है।
तीसरे अवस्था की मूल अवधारणा, उच्च प्रतिबाधा (Hi-Z), शेष परिपथ से डिवाइस के प्रभाव को प्रभावी रूप से विस्थापित करना है। यदि अधिक डिवाइस विद्युत रूप से किसी अन्य डिवाइस से जुड़े हैं, तो आउटपुट को Hi-Z स्थिति में डालने का उपयोग प्रायः शॉर्ट परिपथ को रोकने के लिए किया जाता है, या डिवाइस उच्च ड्राइविंग (तार्किक 1) दूसरे डिवाइस के विरुद्ध अल्प ड्राइविंग (तार्किक 0) करता है।


कुशल [[ बहुसंकेतक ]]्स को लागू करने के लिए तीन-राज्य बफ़र्स का भी उपयोग किया जा सकता है, विशेष रूप से बड़ी संख्या में इनपुट वाले।<ref>{{cite book |title=इलेक्ट्रॉनिक्स की कला|first=Winfield |last=Hill |first2=Paul |last2=Horowitz |publisher=Cambridge University Press |year =1989 |isbn=0-521-37095-7 |url=https://books.google.com/books?id=bkOMDgwFA28C |pages=495–497}}</ref>
कुशल [[ बहुसंकेतक |बहुसंकेतक]] को प्रारम्भ करने के लिए तीन-अवस्था बफ़र्स विशेष रूप से बड़ी संख्या में इनपुट का भी उपयोग किया जा सकता है।<ref>{{cite book |title=इलेक्ट्रॉनिक्स की कला|first=Winfield |last=Hill |first2=Paul |last2=Horowitz |publisher=Cambridge University Press |year =1989 |isbn=0-521-37095-7 |url=https://books.google.com/books?id=bkOMDgwFA28C |pages=495–497}}</ref>
साझा [[बस (कंप्यूटिंग)]] के संचालन के लिए तीन-राज्य बफर आवश्यक हैं।


तीन-राज्य तर्क एल ई डी (त्रि-राज्य बहुसंकेतन या [[ Charlieplexing ]]) के एक सेट को चलाने के लिए आवश्यक तारों की संख्या को कम कर सकता है।
साझा [[बस (कंप्यूटिंग)|इलेक्ट्रॉनिक बस]] के संचालन के लिए तीन-अवस्था बफर आवश्यक हैं।


== आउटपुट सक्षम बनाम चिप चयन ==
त्रि-अवस्था तर्क एल ई डी (त्रि-अवस्था बहुसंकेतन या [[ Charlieplexing |चार्लीप्लेक्सिंग]]) के सेट को चलाने के लिए आवश्यक तारों की संख्या को अल्प कर सकता है।
बस से कनेक्ट करने के लिए डिज़ाइन किए गए कई मेमोरी डिवाइस (जैसे RAM और ROM चिप) में दोनों होते हैं {{overline|CS}} ([[चिप का चयन]] करें) और {{overline|OE}} (आउटपुट इनेबल) पिन, जो सतही तौर पर एक ही काम करते दिखते हैं। अगर {{overline|CS}} का दावा नहीं किया गया है, आउटपुट उच्च प्रतिबाधा हैं।


अंतर सिग्नल को आउटपुट करने के लिए आवश्यक समय में निहित है। जब चिप का चयन निष्क्रिय हो जाता है, तो चिप आंतरिक रूप से संचालित नहीं होती है, और एक पता प्रदान करने और डेटा प्राप्त करने के बीच एक महत्वपूर्ण विलंब होगा। (निश्चित रूप से एक फायदा यह है कि इस मामले में चिप न्यूनतम बिजली की खपत करती है।)
== आउटपुट सक्षम के प्रति चिप चयन ==
बस से कनेक्ट करने के लिए डिज़ाइन किए गए कई मेमोरी डिवाइस (जैसे RAM और ROM चिप) में दोनों होते हैं {{overline|CS}} ([[चिप का चयन]] करें) और {{overline|OE}} (आउटपुट इनेबल) पिन, जो सामान्यतः एक ही कार्य करते दिखते हैं। यदि {{overline|CS}} को प्रमाणित नहीं किया जाता है, तो आउटपुट उच्च प्रतिबाधा हैं।


जब चिप चयन पर जोर दिया जाता है, तो चिप आंतरिक रूप से एक्सेस करता है, और आउटपुट सक्षम करने से केवल अंतिम आउटपुट ड्राइवर अक्षम होते हैं। यह तब किया जा सकता है जब बस अन्य उद्देश्यों के लिए उपयोग में हो, और जब आउटपुट सक्षम अंत में जोर दिया जाता है, तो डेटा न्यूनतम विलंब के साथ दिखाई देगा। आउटपुट इनेबल लाइन के साथ एक ROM या स्टेटिक रैम चिप आमतौर पर दो एक्सेस टाइम को सूचीबद्ध करेगा: एक चिप सेलेक्ट ऐसर्ड और एड्रेस वैलिड से, और दूसरा, कम समय की शुरुआत जब आउटपुट इनेबल होता है।
अंतर सिग्नल को आउटपुट करने के लिए आवश्यक समय निहित है। जब चिप का चयन निष्क्रिय हो जाता है, तो चिप आंतरिक रूप से संचालित नहीं होती है, और पता प्रदान करने और डेटा प्राप्त करने के मध्य महत्वपूर्ण विलंब होगा। (निश्चित रूप से लाभ यह है कि इस स्थिति में चिप न्यूनतम विद्युत का व्यय करती है।)
 
जब चिप चयन पर जोर दिया जाता है, तो चिप आंतरिक रूप से एक्सेस करता है, और आउटपुट सक्षम करने से केवल अंतिम आउटपुट ड्राइवर अक्षम होते हैं। यह तब किया जा सकता है जब बस अन्य उद्देश्यों के लिए उपयोग में हो, और जब आउटपुट सक्षम अंत में जोर दिया जाता है, तो डेटा न्यूनतम विलंब के साथ दिखाई देगा। आउटपुट इनेबल लाइन के साथ ROM या स्टेटिक रैम चिप सामान्यतः दो एक्सेस टाइम को सूचीबद्ध करेगा: एक चिप सेलेक्ट ऐसर्ड और एड्रेस वैलिड से, और दूसरा, अल्प समय के प्रारंभ से जब आउटपुट इनेबल होता है।


== पुल-अप और पुल-डाउन का प्रयोग ==
== पुल-अप और पुल-डाउन का प्रयोग ==
जब आउटपुट त्रि-कहा जाता है (हाय-जेड स्थिति में) बाकी सर्किट पर उनका प्रभाव हटा दिया जाता है, और सर्किट नोड फ्लोटिंग होगा यदि कोई अन्य सर्किट तत्व इसकी स्थिति निर्धारित नहीं करता है। सर्किट डिजाइनर अक्सर सर्किट को प्रभावित करने के लिए [[पुल-अप रोकनेवाला]] | पुल-अप या पुल-डाउन रेसिस्टर्स (आमतौर पर 1–100 kΩ की सीमा के भीतर) का उपयोग करते हैं, जब आउटपुट त्रि-कहा जाता है।
जब आउटपुट त्रि-कहा जाता है ( Hi-Z स्थिति में) शेष परिपथ पर उनका प्रभाव विस्थापित कर दिया जाता है, और परिपथ नोड फ्लोटिंग होता है, यदि कोई अन्य परिपथ तत्व इसकी स्थिति निर्धारित नहीं करता है। परिपथ डिजाइनर प्रायः परिपथ को प्रभावित करने के लिए [[पुल-अप रोकनेवाला|पुल-अप या पुल-डाउन रेसिस्टर्स]] (सामान्यतः 1–100 kΩ की सीमा के अंदर) का उपयोग करते हैं, जब आउटपुट त्रि-कहा जाता है।


[[पीसीआई स्थानीय बस]] पुल-अप प्रतिरोधक प्रदान करती है, लेकिन बस की बड़ी वितरित क्षमता को देखते हुए सिग्नल को उच्च खींचने के लिए उन्हें कई घड़ी चक्रों की आवश्यकता होगी। हाई-स्पीड ऑपरेशन को सक्षम करने के लिए, प्रोटोकॉल की आवश्यकता होती है कि हाई-जेड स्थिति में जाने से पहले कम से कम एक घड़ी चक्र के लिए बस ड्राइव से कनेक्ट होने वाला प्रत्येक उपकरण महत्वपूर्ण नियंत्रण संकेतों को उच्च करता है। इस तरह, पुल-अप प्रतिरोध केवल [[रिसाव (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] की सूरत में बस संकेतों को बनाए रखने के लिए जिम्मेदार होते हैं।
[[पीसीआई स्थानीय बस]] पुल-अप प्रतिरोधक प्रदान करती है, किन्तु बस की बड़ी वितरित क्षमता को देखते हुए सिग्नल को उच्च खींचने के लिए उन्हें कई घड़ी चक्रों की आवश्यकता होगी। हाई-स्पीड ऑपरेशन को सक्षम करने के लिए, प्रोटोकॉल की आवश्यकता होती है कि Hi-Z स्थिति में जाने से पूर्व अल्प से अल्प घड़ी चक्र के लिए बस ड्राइव से कनेक्ट होने वाला प्रत्येक उपकरण महत्वपूर्ण नियंत्रण संकेतों को उच्च करता है। इस प्रकार, पुल-अप प्रतिरोध केवल [[रिसाव (इलेक्ट्रॉनिक्स)|लीकेज करंट]] में बस संकेतों को बनाए रखने के लिए उत्तरदायी होते हैं।


इंटेल इस सम्मेलन को निरंतर त्रि-राज्य के रूप में संदर्भित करता है, और इसका उपयोग [[लो पिन काउंट]] बस में भी करता है।
इंटेल इस सम्मेलन को निरंतर त्रि-अवस्था के रूप में संदर्भित करता है, और इसका उपयोग [[लो पिन काउंट]] बस में भी करता है।


== [[तीन-राज्य बस]] के विकल्प ==
== त्रि-अवस्था बस के विकल्प ==


[[ खुला कलेक्टर ]] इनपुट/आउटपुट थ्री-स्टेट लॉजिक का एक लोकप्रिय विकल्प है। उदाहरण के लिए, I²C बस प्रोटोकॉल (एक द्वि-दिशात्मक संचार बस प्रोटोकॉल जो अक्सर उपकरणों के बीच उपयोग किया जाता है) दो संचार लाइनों पर पुल-अप प्रतिरोधों के उपयोग को निर्दिष्ट करता है। जब उपकरण निष्क्रिय होते हैं, तो वे संचार लाइनें जारी करते हैं और उनके आउटपुट को त्रि-स्थिति बताते हैं, इस प्रकार सर्किट पर उनके प्रभाव को हटाते हैं। जब बस के सभी उपकरणों ने संचार लाइनें जारी कर दी हैं, तो सर्किट पर एकमात्र प्रभाव पुल-अप प्रतिरोधों का होता है, जो लाइनों को ऊंचा खींचते हैं। जब कोई उपकरण संचार करना चाहता है, तो वह हाई-जेड स्थिति से बाहर आता है और लाइन को नीचे चलाता है। इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके संचार करने वाले डिवाइस या तो लाइन को ऊपर तैरने देते हैं, या इसे नीचे ले जाते हैं - इस प्रकार किसी भी बस विवाद की स्थिति को रोकते हैं जहां एक डिवाइस एक लाइन को ऊपर और दूसरे को नीचे चलाता है।
[[ खुला कलेक्टर |विवृत कलेक्टर]] इनपुट/आउटपुट त्रि-अवस्था तर्क का लोकप्रिय विकल्प है। उदाहरण के लिए, I²C बस प्रोटोकॉल ( द्वि-दिशात्मक संचार बस प्रोटोकॉल जो प्रायः उपकरणों के मध्य उपयोग किया जाता है) दो संचार लाइनों पर पुल-अप प्रतिरोधों के उपयोग को निर्दिष्ट करता है। जब उपकरण निष्क्रिय होते हैं, तो वे संचार लाइनें निरंतर करते हैं और उनके आउटपुट को त्रि-स्थिति बताते हैं, इस प्रकार परिपथ पर उनके प्रभाव को विस्थापित करते हैं। जब बस के सभी उपकरणों ने संचार लाइनें निरंतर कर दी हैं, तो परिपथ पर एकमात्र प्रभाव पुल-अप प्रतिरोधों का होता है, जो लाइनों को खींचते हैं। जब कोई उपकरण संचार करना चाहता है, तो वह Hi-Z स्थिति से बाहर आता है और लाइन को नीचे चलाता है। इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके संचार करने वाले डिवाइस या तो लाइन को ऊपर तैरने देते हैं, या इसे नीचे ले जाते हैं - इस प्रकार किसी भी बस विवाद की स्थिति को रोकते हैं जहां डिवाइस लाइन को ऊपर और दूसरे को नीचे चलाता है।


शुरुआती [[ microcontroller ]]्स में अक्सर कुछ पिन होते हैं जो केवल एक इनपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं, अन्य पिन जो केवल पुश-पुल आउटपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं, और कुछ पिन जो केवल एक ओपन कलेक्टर इनपुट/आउटपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं। एक विशिष्ट आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर में कई तीन-राज्य सामान्य-उद्देश्य इनपुट/आउटपुट पिन होते हैं जिन्हें किसी भी प्रकार के पिन के रूप में कार्य करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है।
प्रारंभिक [[ microcontroller |माइक्रोकंट्रोलर्स]] में प्रायः कुछ पिन होते हैं जो केवल इनपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं, अन्य पिन जो केवल पुश-पुल आउटपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं, और कुछ पिन जो केवल ओपन कलेक्टर इनपुट/आउटपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं। विशिष्ट आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर में कई त्रि-अवस्था सामान्य-उद्देश्य इनपुट/आउटपुट पिन होते हैं जिन्हें किसी भी प्रकार के पिन के रूप में कार्य करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है।


एक तीन-राज्य बस का उपयोग आमतौर पर एकल [[मुद्रित सर्किट बोर्ड]] (पीसीबी) पर चिप्स के बीच या कभी-कभी एक सामान्य [[बैकप्लेन]] में प्लग किए गए पीसीबी के बीच किया जाता है।
त्रि-अवस्था बस का उपयोग सामान्यतः एकल [[मुद्रित सर्किट बोर्ड|मुद्रित परिपथ बोर्ड]] (पीसीबी) पर चिप्स के मध्य या कभी-कभी सामान्य [[बैकप्लेन]] में प्लग किए गए पीसीबी के मध्य किया जाता है।


ऑन-चिप कनेक्शन के लिए तीन-राज्य तर्क का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जाती है, बल्कि इंटर-चिप कनेक्शन के लिए।<ref>
ऑन-चिप कनेक्शन के लिए त्रि-अवस्था तर्क का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जाती है, जबकि इंटर-चिप कनेक्शन के लिए की जाती है।<ref>
경종민, [http://vswww.kaist.ac.kr/ENGLISH/old_lecture/ee878-2002/lecture/SoC_22-OCNetwork-1113.pdf ''On-Chip Buses/Networks for SoC''] "On-Chip Buses [have] No use of tri-state signals [because] Tri-state bus is difficult for static timing analysis"
경종민, [http://vswww.kaist.ac.kr/ENGLISH/old_lecture/ee878-2002/lecture/SoC_22-OCNetwork-1113.pdf ''On-Chip Buses/Networks for SoC''] "On-Chip Buses [have] No use of tri-state signals [because] Tri-state bus is difficult for static timing analysis"
</ref>
</ref>
तीन-राज्य बफ़र्स, जब एक बस (कंप्यूटिंग) पर संचार करने के लिए कई उपकरणों को सक्षम करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो एक मल्टीप्लेक्सर द्वारा कार्यात्मक रूप से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।<ref name="alternative to tri state buffers - mux">{{cite web|title=त्रि राज्य बफर|url=http://www.cs.umd.edu/class/sum2003/cmsc311/Notes/CompOrg/tristate.html}}</ref> यह उपकरणों की एक श्रृंखला से आउटपुट का चयन करने और एक को बस में लिखने में मदद करेगा।
 
त्रि-अवस्था बफ़र्स, जब बस पर संचार करने के लिए कई उपकरणों को सक्षम करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो मल्टीप्लेक्सर द्वारा कार्यात्मक रूप से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।<ref name="alternative to tri state buffers - mux">{{cite web|title=त्रि राज्य बफर|url=http://www.cs.umd.edu/class/sum2003/cmsc311/Notes/CompOrg/tristate.html}}</ref> यह उपकरणों की श्रृंखला से आउटपुट का चयन करने और बस में लिखने में सहायता करेगा।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
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* [[चार-मूल्यवान तर्क]]
* [[चार-मूल्यवान तर्क]]
* [[नौ-मूल्यवान तर्क]]
* [[नौ-मूल्यवान तर्क]]
* परवाह नहीं
* डोन्ट केयर
* सिंगल पोल, सेंटर ऑफ (एसपीसीओ)
* सिंगल पोल, सेंटर ऑफ (एसपीसीओ)


== नोट्स और संदर्भ ==
== नोट्स और संदर्भ ==
<references />
<references />


== बाहरी संबंध ==
== बाहरी संबंध ==
* [http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/8.html Special-output Gates] on All About Circuits
* [http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/8.html Special-output Gates] on All About Circuits
* [http://ledkit.biz/acad.php Principle of Tristate Multiplexing]
* [http://ledkit.biz/acad.php Principle of Tristate Multiplexing]
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Latest revision as of 13:11, 31 October 2023

डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स में, त्रि-अवस्था या त्रि-अवस्था बफर ऐसा डिजिटल बफर है जिसमें तीन स्थिर अवस्थाएँ होती हैं: उच्च आउटपुट अवस्था, निम्न आउटपुट अवस्था और उच्च-प्रतिबाधा अवस्था। उच्च-प्रतिबाधा अवस्था में, बफर का आउटपुट बस से डिस्कनेक्ट हो जाता है, जिससे अन्य डिवाइस त्रि-अवस्था बफर से हस्तक्षेप के बिना बस को चला सकते हैं। यह उन स्थितियों में उपयोगी हो सकता है जहां एक ही बस से अनेक डिवाइस जुड़े हुए हैं और इसे बारी-बारी से एक्सेस करने की आवश्यकता होती है। बस में त्रि-अवस्था तर्क को प्रारम्भ करने वाली प्रणाली को त्रि-अवस्था बस के रूप में जाना जाता है।

त्रि-अवस्था बफ़र्स सामान्यतः बस-आधारित प्रणाली में उपयोग किए जाते हैं, जहां अनेक डिवाइस एक ही बस से जुड़े होते हैं और इसे साझा करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कंप्यूटर प्रणाली में, अनेक डिवाइस जैसे कि सीपीयू, मेमोरी और पेरिफेरल्स एक ही डेटा बस से जुड़े हो सकते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक समय में केवल एक डिवाइस बस में डेटा संचारित कर सकता है, प्रत्येक डिवाइस त्रि-अवस्था बफर से लैस है। जब कोई उपकरण डेटा संचारित करना चाहता है, तो वह अपने त्रि-अवस्था बफर को सक्रिय करता है, जो इसके आउटपुट को बस से जोड़ता है और इसे डेटा संचारित करने की अनुमति देता है। जब ट्रांसमिशन पूर्ण हो जाता है, तो डिवाइस अपने त्रि-अवस्था बफर को निष्क्रिय कर देता है, जो इसके आउटपुट को बस से डिस्कनेक्ट कर देता है और किसी अन्य डिवाइस को बस तक पहुंचने की अनुमति देता है।

गेट्स, फ्लिप-फ्लॉप, या अन्य डिजिटल तर्क परिपथ का उपयोग करके त्रि-अवस्था बफ़र्स को प्रारम्भ किया जा सकता है। वे बस में क्रॉसस्टॉक और शोर को अल्प करने के लिए उपयोगी होते हैं, और अनेक उपकरणों को बिना किसी हस्तक्षेप के ही बस को साझा करने की अनुमति देते हैं।

इनपुट आउटपुट
A B C
0 0 Z (उच्च प्रतिबाधा)
1 Z (उच्च प्रतिबाधा)
0 1 0
1 1
ट्रिस्टेट बफर को स्विच के रूप में माना जा सकता है। यदि B चालू है, तो स्विच संवृत है। यदि B संवृत है, तो स्विच विवृत है।

उपयोग

तीसरे अवस्था की मूल अवधारणा, उच्च प्रतिबाधा (Hi-Z), शेष परिपथ से डिवाइस के प्रभाव को प्रभावी रूप से विस्थापित करना है। यदि अधिक डिवाइस विद्युत रूप से किसी अन्य डिवाइस से जुड़े हैं, तो आउटपुट को Hi-Z स्थिति में डालने का उपयोग प्रायः शॉर्ट परिपथ को रोकने के लिए किया जाता है, या डिवाइस उच्च ड्राइविंग (तार्किक 1) दूसरे डिवाइस के विरुद्ध अल्प ड्राइविंग (तार्किक 0) करता है।

कुशल बहुसंकेतक को प्रारम्भ करने के लिए तीन-अवस्था बफ़र्स विशेष रूप से बड़ी संख्या में इनपुट का भी उपयोग किया जा सकता है।[1]

साझा इलेक्ट्रॉनिक बस के संचालन के लिए तीन-अवस्था बफर आवश्यक हैं।

त्रि-अवस्था तर्क एल ई डी (त्रि-अवस्था बहुसंकेतन या चार्लीप्लेक्सिंग) के सेट को चलाने के लिए आवश्यक तारों की संख्या को अल्प कर सकता है।

आउटपुट सक्षम के प्रति चिप चयन

बस से कनेक्ट करने के लिए डिज़ाइन किए गए कई मेमोरी डिवाइस (जैसे RAM और ROM चिप) में दोनों होते हैं CS (चिप का चयन करें) और OE (आउटपुट इनेबल) पिन, जो सामान्यतः एक ही कार्य करते दिखते हैं। यदि CS को प्रमाणित नहीं किया जाता है, तो आउटपुट उच्च प्रतिबाधा हैं।

अंतर सिग्नल को आउटपुट करने के लिए आवश्यक समय निहित है। जब चिप का चयन निष्क्रिय हो जाता है, तो चिप आंतरिक रूप से संचालित नहीं होती है, और पता प्रदान करने और डेटा प्राप्त करने के मध्य महत्वपूर्ण विलंब होगा। (निश्चित रूप से लाभ यह है कि इस स्थिति में चिप न्यूनतम विद्युत का व्यय करती है।)

जब चिप चयन पर जोर दिया जाता है, तो चिप आंतरिक रूप से एक्सेस करता है, और आउटपुट सक्षम करने से केवल अंतिम आउटपुट ड्राइवर अक्षम होते हैं। यह तब किया जा सकता है जब बस अन्य उद्देश्यों के लिए उपयोग में हो, और जब आउटपुट सक्षम अंत में जोर दिया जाता है, तो डेटा न्यूनतम विलंब के साथ दिखाई देगा। आउटपुट इनेबल लाइन के साथ ROM या स्टेटिक रैम चिप सामान्यतः दो एक्सेस टाइम को सूचीबद्ध करेगा: एक चिप सेलेक्ट ऐसर्ड और एड्रेस वैलिड से, और दूसरा, अल्प समय के प्रारंभ से जब आउटपुट इनेबल होता है।

पुल-अप और पुल-डाउन का प्रयोग

जब आउटपुट त्रि-कहा जाता है ( Hi-Z स्थिति में) शेष परिपथ पर उनका प्रभाव विस्थापित कर दिया जाता है, और परिपथ नोड फ्लोटिंग होता है, यदि कोई अन्य परिपथ तत्व इसकी स्थिति निर्धारित नहीं करता है। परिपथ डिजाइनर प्रायः परिपथ को प्रभावित करने के लिए पुल-अप या पुल-डाउन रेसिस्टर्स (सामान्यतः 1–100 kΩ की सीमा के अंदर) का उपयोग करते हैं, जब आउटपुट त्रि-कहा जाता है।

पीसीआई स्थानीय बस पुल-अप प्रतिरोधक प्रदान करती है, किन्तु बस की बड़ी वितरित क्षमता को देखते हुए सिग्नल को उच्च खींचने के लिए उन्हें कई घड़ी चक्रों की आवश्यकता होगी। हाई-स्पीड ऑपरेशन को सक्षम करने के लिए, प्रोटोकॉल की आवश्यकता होती है कि Hi-Z स्थिति में जाने से पूर्व अल्प से अल्प घड़ी चक्र के लिए बस ड्राइव से कनेक्ट होने वाला प्रत्येक उपकरण महत्वपूर्ण नियंत्रण संकेतों को उच्च करता है। इस प्रकार, पुल-अप प्रतिरोध केवल लीकेज करंट में बस संकेतों को बनाए रखने के लिए उत्तरदायी होते हैं।

इंटेल इस सम्मेलन को निरंतर त्रि-अवस्था के रूप में संदर्भित करता है, और इसका उपयोग लो पिन काउंट बस में भी करता है।

त्रि-अवस्था बस के विकल्प

विवृत कलेक्टर इनपुट/आउटपुट त्रि-अवस्था तर्क का लोकप्रिय विकल्प है। उदाहरण के लिए, I²C बस प्रोटोकॉल ( द्वि-दिशात्मक संचार बस प्रोटोकॉल जो प्रायः उपकरणों के मध्य उपयोग किया जाता है) दो संचार लाइनों पर पुल-अप प्रतिरोधों के उपयोग को निर्दिष्ट करता है। जब उपकरण निष्क्रिय होते हैं, तो वे संचार लाइनें निरंतर करते हैं और उनके आउटपुट को त्रि-स्थिति बताते हैं, इस प्रकार परिपथ पर उनके प्रभाव को विस्थापित करते हैं। जब बस के सभी उपकरणों ने संचार लाइनें निरंतर कर दी हैं, तो परिपथ पर एकमात्र प्रभाव पुल-अप प्रतिरोधों का होता है, जो लाइनों को खींचते हैं। जब कोई उपकरण संचार करना चाहता है, तो वह Hi-Z स्थिति से बाहर आता है और लाइन को नीचे चलाता है। इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके संचार करने वाले डिवाइस या तो लाइन को ऊपर तैरने देते हैं, या इसे नीचे ले जाते हैं - इस प्रकार किसी भी बस विवाद की स्थिति को रोकते हैं जहां डिवाइस लाइन को ऊपर और दूसरे को नीचे चलाता है।

प्रारंभिक माइक्रोकंट्रोलर्स में प्रायः कुछ पिन होते हैं जो केवल इनपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं, अन्य पिन जो केवल पुश-पुल आउटपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं, और कुछ पिन जो केवल ओपन कलेक्टर इनपुट/आउटपुट के रूप में कार्य कर सकते हैं। विशिष्ट आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर में कई त्रि-अवस्था सामान्य-उद्देश्य इनपुट/आउटपुट पिन होते हैं जिन्हें किसी भी प्रकार के पिन के रूप में कार्य करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है।

त्रि-अवस्था बस का उपयोग सामान्यतः एकल मुद्रित परिपथ बोर्ड (पीसीबी) पर चिप्स के मध्य या कभी-कभी सामान्य बैकप्लेन में प्लग किए गए पीसीबी के मध्य किया जाता है।

ऑन-चिप कनेक्शन के लिए त्रि-अवस्था तर्क का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जाती है, जबकि इंटर-चिप कनेक्शन के लिए की जाती है।[2]

त्रि-अवस्था बफ़र्स, जब बस पर संचार करने के लिए कई उपकरणों को सक्षम करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो मल्टीप्लेक्सर द्वारा कार्यात्मक रूप से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।[3] यह उपकरणों की श्रृंखला से आउटपुट का चयन करने और बस में लिखने में सहायता करेगा।

यह भी देखें

नोट्स और संदर्भ

  1. ↑ Hill, Winfield; Horowitz, Paul (1989). इलेक्ट्रॉनिक्स की कला. Cambridge University Press. pp. 495–497. ISBN 0-521-37095-7.
  2. ↑ 경종민, On-Chip Buses/Networks for SoC "On-Chip Buses [have] No use of tri-state signals [because] Tri-state bus is difficult for static timing analysis"
  3. ↑ "त्रि राज्य बफर".

बाहरी संबंध

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