प्रोसेसर डिजाइन: Difference between revisions

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डिजाइन प्रक्रिया में निर्देश सेट और निश्चित निष्पादन प्रतिमान(जैसे वीएलआईडब्ल्यू या आरआईएससी) का चयन करना सम्मिलित है और इसके परिणामस्वरूप एक [[ माइक्रोआर्किटेक्चर |माइक्रोआर्किटेक्चर प्राप्त]] होता है, जिसे उदाहरण के लिए वीएचडीएल या वेरिलॉग में वर्णित किया जा सकता है।[[ माइक्रोप्रोसेसर | माइक्रोप्रोसेसर]] डिज़ाइन के लिए, यह विवरण तब विभिन्न अर्धचालक उपकरण निर्माण प्रक्रियाओं में से कुछ को नियोजित करके निर्मित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक डाई(एकीकृत सर्किट) प्राप्त होता है जो[[ चिप वाहक | चिप वाहक]] पर स्थापित होता है। इस चिप वाहक को फिर एक [[ मुद्रित सर्किट बोर्ड |मुद्रित सर्किट बोर्ड]](पीसीबी) पर [[ सीपीयू सॉकेट |सीपीयू सॉकेट]] में मिलाया या डाला जाता है।
डिजाइन प्रक्रिया में निर्देश सेट और निश्चित निष्पादन प्रतिमान(जैसे वीएलआईडब्ल्यू या आरआईएससी) का चयन करना सम्मिलित है और इसके परिणामस्वरूप एक [[ माइक्रोआर्किटेक्चर |माइक्रोआर्किटेक्चर प्राप्त]] होता है, जिसे उदाहरण के लिए वीएचडीएल या वेरिलॉग में वर्णित किया जा सकता है।[[ माइक्रोप्रोसेसर | माइक्रोप्रोसेसर]] डिज़ाइन के लिए, यह विवरण तब विभिन्न अर्धचालक उपकरण निर्माण प्रक्रियाओं में से कुछ को नियोजित करके निर्मित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक डाई(एकीकृत सर्किट) प्राप्त होता है जो[[ चिप वाहक | चिप वाहक]] पर स्थापित होता है। इस चिप वाहक को फिर एक [[ मुद्रित सर्किट बोर्ड |मुद्रित सर्किट बोर्ड]](पीसीबी) पर [[ सीपीयू सॉकेट |सीपीयू सॉकेट]] में मिलाया या डाला जाता है।


किसी भी प्रोसेसर के संचालन का तरीका निर्देशों की सूची का निष्पादन है। निर्देशों में आमतौर पर[[ प्रोसेसर रजिस्टर ]]का उपयोग करके डेटा मानों की गणना या हेरफेर करने, पढ़ने/लिखने की मेमोरी में मानों को बदलने या पुनर्प्राप्त करने, डेटा मानों के बीच संबंधपरक परीक्षण करने और प्रोग्राम प्रवाह को नियंत्रित करना सम्मिलित हैं।
किसी भी प्रोसेसर के संचालन का तरीका निर्देशों की सूची का निष्पादन है। निर्देशों में सामान्यतः [[ प्रोसेसर रजिस्टर |प्रोसेसर रजिस्टर]] का उपयोग करके डेटा मानों की गणना या हेरफेर करने, पढ़ने/लिखने की मेमोरी में मानों को बदलने या पुनर्प्राप्त करने, डेटा मानों के बीच संबंधपरक परीक्षण करने और प्रोग्राम प्रवाह को नियंत्रित करना सम्मिलित हैं।


प्रोसेसर के डिजाइन को सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन के लिए फाउंड्री में भेजने से पहले एक या कई एफपीजीए पर प्रायः प्रोसेसर डिजाइनों का परीक्षण और सत्यापन किया जाता है।<ref>{{cite web|url=https://www.anandtech.com/show/14798/xilinx-announces-world-largest-fpga-virtex-ultrascale-vu19p-with-9m-cells|title=Xilinx Announces World Largest FPGA: Virtex Ultrascale+ VU19P with 9m Cells|first=Ian|last=Cutress|date=August 27, 2019|website=[[AnandTech]]}}</ref>
प्रोसेसर के डिजाइन को सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन के लिए फाउंड्री में भेजने से पहले एक या कई एफपीजीए पर प्रायः प्रोसेसर डिजाइनों का परीक्षण और सत्यापन किया जाता है।<ref>{{cite web|url=https://www.anandtech.com/show/14798/xilinx-announces-world-largest-fpga-virtex-ultrascale-vu19p-with-9m-cells|title=Xilinx Announces World Largest FPGA: Virtex Ultrascale+ VU19P with 9m Cells|first=Ian|last=Cutress|date=August 27, 2019|website=[[AnandTech]]}}</ref>
== विवरण ==
== विवरण ==
{{Prose|section|date=May 2011}}
=== मूल बातें ===
=== मूल बातें ===
[[ सीपीयू सॉकेट |सीपीयू]] डिज़ाइन को निम्नलिखित घटकों के डिज़ाइन में विभाजित किया गया है:
[[ सीपीयू सॉकेट |सीपीयू]] डिज़ाइन को निम्नलिखित घटकों के डिज़ाइन में विभाजित किया गया है:
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*[[ क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला |फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट एरेज़]](एफपीजीए) - सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसरों के लिए सामान्य, और कमोबेश पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक है
*[[ क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला |फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट एरेज़]](एफपीजीए) - सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसरों के लिए सामान्य, और कमोबेश पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक है


सीपीयू डिज़ाइन प्रोजेक्ट में आम तौर पर निम्न प्रमुख कार्य होते हैं:
सीपीयू डिज़ाइन प्रोजेक्ट में सामान्यतः निम्न प्रमुख कार्य होते हैं:
* प्रोग्रामर-दृश्यमान निर्देश सेट आर्किटेक्चर, जिसे विभिन्न प्रकार के माइक्रोआर्किटेक्चर द्वारा कार्यान्वित किया जा सकता है
* प्रोग्रामर-दृश्यमान निर्देश सेट आर्किटेक्चर, जिसे विभिन्न प्रकार के माइक्रोआर्किटेक्चर द्वारा कार्यान्वित किया जा सकता है
* [[ एएनएसआई सी ]]/[[ सी++ | सी++]] या सिस्टम-सी में वास्तुकला अध्ययन और प्रदर्शन मॉडलिंग{{clarify|date=January 2013}}
* [[ एएनएसआई सी ]]/[[ सी++ | सी++]] या सिस्टम-सी में वास्तुकला अध्ययन और प्रदर्शन मॉडलिंग{{clarify|date=January 2013}}
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* सिग्नल की अखंडता, डिजाइन नियम की जांच
* सिग्नल की अखंडता, डिजाइन नियम की जांच


सीपीयू कोर को छोटे डाई-एरिया में फिर से डिजाइन करने से सब कुछ छोटा करने में मदद मिलती है( [[ फोटोमास्क |'फोटोमास्क]] श्रिंक'), जिसके परिणामस्वरूप एक छोटे से डाई पर समान संख्या में ट्रांजिस्टर होते हैं। यह प्रदर्शन में सुधार करता है(छोटे ट्रांजिस्टर तेजी से स्विच करते हैं), बिजली खपत कम करते हैं(छोटे तारों में कम [[ परजीवी समाई |परजीवी संधारित्र]] होती है) और लागत कम होती है(अधिक सीपीयू सिलिकॉन के एक ही वेफर पर फिट होते हैं)। एक डाई पर एक ही आकार का सीपीयू जारी करना, लेकिन छोटे सीपीयू कोर के साथ, लागत लगभग समान रहती है लेकिन एक बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण चिप(अतिरिक्त कैशै, एकाधिक सीपीयू या अन्य घटकों) के भीतर उच्च स्तर के एकीकरण की अनुमति देता है, प्रदर्शन में सुधार करता है और समग्र प्रणाली लागत को कम करना।
सीपीयू कोर को छोटे डाई-एरिया में फिर से डिजाइन करने से सब कुछ छोटा करने में मदद मिलती है( [[ फोटोमास्क |'फोटोमास्क]] श्रिंक'), जिसके परिणामस्वरूप एक छोटे से डाई पर समान संख्या में ट्रांजिस्टर होते हैं। यह प्रदर्शन में सुधार करता है(छोटे ट्रांजिस्टर तेजी से स्विच करते हैं), बिजली खपत कम करते हैं (छोटे तारों में कम [[ परजीवी समाई |परजीवी संधारित्र]] होती है) और लागत कम होती है(अधिक सीपीयू सिलिकॉन के एक ही वेफर पर फिट होते हैं)। एक डाई पर एक ही आकार का सीपीयू जारी करना, लेकिन छोटे सीपीयू कोर के साथ, लागत लगभग समान रहती है लेकिन एक बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण चिप(अतिरिक्त कैशै, एकाधिक सीपीयू या अन्य घटकों) के भीतर उच्च स्तर के एकीकरण की अनुमति देता है, प्रदर्शन में सुधार करता है और समग्र प्रणाली लागत को कम करना।


सबसे जटिल इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों की तरह, [[ कार्यात्मक सत्यापन |तर्क सत्यापन]] प्रयास(यह साबित करते हुए कि डिजाइन में बग नहीं है) सीपीयू के प्रोजेक्ट शेड्यूल में प्रमुख होता है।
सबसे जटिल इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों की तरह, [[ कार्यात्मक सत्यापन |तर्क सत्यापन]] प्रयास(यह साबित करते हुए कि डिजाइन में बग नहीं है) सीपीयू के प्रोजेक्ट शेड्यूल में प्रमुख होता है।
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=== सूक्ष्म-वास्तुशिल्प अवधारणाएं ===
=== सूक्ष्म-वास्तुशिल्प अवधारणाएं ===
{{Main|Microarchitecture}}
{{Main|माइक्रोआर्किटेक्चर}}
=== शोध विषय ===
=== शोध विषय ===
<!-- [[virtual memory]] moved to [[Computer architecture]] -->
{{Main|सामान्य-उद्देश्य वाले CPU का इतिहास#1990 से आज तक: आगे देख रहे हैं}}
{{Main|History of general-purpose CPUs#1990 to today: looking forward}}
सामान्य प्रयोजन के सीपीयू का इतिहास की एक किस्म # 1990 से आज तक: आगे की ओर देखते हुए प्रस्तावित किया गया है,
सामान्य प्रयोजन के सीपीयू का इतिहास की एक किस्म # 1990 से आज तक: आगे की ओर देखते हुए प्रस्तावित किया गया है,


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=== प्रदर्शन विश्लेषण और बेंचमार्किंग ===
=== प्रदर्शन विश्लेषण और बेंचमार्किंग ===
{{Main| Computer performance}}
{{Main|कंप्यूटर का प्रदर्शन}}
[[ बेंचमार्क (कंप्यूटिंग) |बेंचमार्किंग(कंप्यूटिंग)]] सीपीयू की गति के परीक्षण का एक तरीका है। उदाहरणों में स्टैण्डर्ड परफॉरमेंस इवैल्यूएशन कारपोरेशन द्वारा विकसित एसपीईसी-इंट और एसपीईसी-ऍफ़पी और एंबेडेड माइक्रोप्रोसेसर बेंचमार्क कंसोर्टियम [[ EEMBC |ईईएमबीसी]] द्वारा विकसित कंसुमेरमार्क सम्मिलित हैं।
[[ बेंचमार्क (कंप्यूटिंग) |बेंचमार्किंग(कंप्यूटिंग)]] सीपीयू की गति के परीक्षण का एक तरीका है। उदाहरणों में स्टैण्डर्ड परफॉरमेंस इवैल्यूएशन कारपोरेशन द्वारा विकसित एसपीईसी-इंट और एसपीईसी-ऍफ़पी और एंबेडेड माइक्रोप्रोसेसर बेंचमार्क कंसोर्टियम [[ EEMBC |ईईएमबीसी]] द्वारा विकसित कंसुमेरमार्क सम्मिलित हैं।


आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले कुछ मेट्रिक्स में सम्मिलित हैं:
सामान्यतः इस्तेमाल किए जाने वाले कुछ मेट्रिक्स में सम्मिलित हैं:
* प्रति सेकंड निर्देश - अधिकांश उपभोक्ता पहले से मौजूद पूर्व-संकलित सॉफ़्टवेयर के बड़े आधार को चलाने में सक्षम होने के लिए कंप्यूटर आर्किटेक्चर(सामान्यतः [[ इंटेल |इंटेल]][[ IA32 ]]आर्किटेक्चर) चुनते हैं। कंप्यूटर बेंचमार्क पर अपेक्षाकृत अनभिज्ञ होने के कारण, उनमें से कुछ ऑपरेटिंग आवृत्ति के आधार पर एक विशेष सीपीयू चुनते हैं([[ मेगाहर्ट्ज़ मिथक ]]देखें)।
* प्रति सेकंड निर्देश - अधिकांश उपभोक्ता पहले से मौजूद पूर्व-संकलित सॉफ़्टवेयर के बड़े आधार को चलाने में सक्षम होने के लिए कंप्यूटर आर्किटेक्चर(सामान्यतः [[ इंटेल |इंटेल]][[ IA32 ]]आर्किटेक्चर) चुनते हैं। कंप्यूटर बेंचमार्क पर अपेक्षाकृत अनभिज्ञ होने के कारण, उनमें से कुछ ऑपरेटिंग आवृत्ति के आधार पर एक विशेष सीपीयू चुनते हैं([[ मेगाहर्ट्ज़ मिथक ]]देखें)।
* [[ FLOPS | ऍफ़एलवोपीएस]] - वैज्ञानिक गणनाओं के लिए कंप्यूटर के चयन में प्रति सेकंड फ्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशंस की संख्या प्रायः महत्वपूर्ण होती है।
* [[ FLOPS | ऍफ़एलवोपीएस]] - वैज्ञानिक गणनाओं के लिए कंप्यूटर के चयन में प्रति सेकंड फ्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशंस की संख्या प्रायः महत्वपूर्ण होती है।
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=== सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग ===
=== सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग ===
सीपीयू की बिक्री से उत्पन्न अधिकांश राजस्व सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग के लिए है{{Citation needed|date=May 2010}}, अर्थात, डेस्कटॉप, लैपटॉप और सर्वर कंप्यूटर जो आमतौर पर व्यवसायों और घरों में उपयोग किए जाते हैं। इस बाजार में, Intel [[ IA-32 |IA-32]] और 64-बिट संस्करण x86-64 आर्किटेक्चर बाजार पर हावी है, इसके प्रतिद्वंद्वी पावरपीसी और स्पार्क बहुत छोटे ग्राहक आधार बनाए रखते हैं। सालाना, इस बाजार द्वारा करोड़ों IA-32 आर्किटेक्चर सीपीयू का उपयोग किया जाता है। इन प्रोसेसरों का बढ़ता प्रतिशत नेटबुक और लैपटॉप जैसे मोबाइल कार्यान्वयन के लिए है।<ref>Kerr, Justin. [http://www.maximumpc.com/article/news/amd_loses_market_share_mobile_cpu_sales_outsell_desktop_first_time "AMD Loses Market Share as Mobile CPU Sales Outsell Desktop for the First Time."]  Maximum PC.  Published 2010-10-26.</ref>
सीपीयू की बिक्री से उत्पन्न अधिकांश राजस्व सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग के लिए है{{Citation needed|date=May 2010}}, अर्थात, डेस्कटॉप, लैपटॉप और सर्वर कंप्यूटर जो सामान्यतः व्यवसायों और घरों में उपयोग किए जाते हैं। इस बाजार में, Intel [[ IA-32 |IA-32]] और 64-बिट संस्करण x86-64 आर्किटेक्चर बाजार पर हावी है, इसके प्रतिद्वंद्वी पावरपीसी और स्पार्क बहुत छोटे ग्राहक आधार बनाए रखते हैं। सालाना, इस बाजार द्वारा करोड़ों IA-32 आर्किटेक्चर सीपीयू का उपयोग किया जाता है। इन प्रोसेसरों का बढ़ता प्रतिशत नेटबुक और लैपटॉप जैसे मोबाइल कार्यान्वयन के लिए है।<ref>Kerr, Justin. [http://www.maximumpc.com/article/news/amd_loses_market_share_mobile_cpu_sales_outsell_desktop_first_time "AMD Loses Market Share as Mobile CPU Sales Outsell Desktop for the First Time."]  Maximum PC.  Published 2010-10-26.</ref>


चूंकि इन उपकरणों का उपयोग अनगिनत विभिन्न प्रकार के प्रोग्राम चलाने के लिए किया जाता है, इसलिए ये सीपीयू डिज़ाइन विशेष रूप से एक प्रकार के एप्लिकेशन या एक फ़ंक्शन पर लक्षित नहीं होते हैं। कार्यक्रमों की एक विस्तृत श्रृंखला को कुशलता से चलाने में सक्षम होने की मांगों ने इन सीपीयू डिजाइनों को तकनीकी रूप से अधिक उन्नत बना दिया है, साथ ही अपेक्षाकृत महंगा होने और उच्च बिजली की खपत के कुछ नुकसान भी हैं।
चूंकि इन उपकरणों का उपयोग अनगिनत विभिन्न प्रकार के प्रोग्राम चलाने के लिए किया जाता है, इसलिए ये सीपीयू डिज़ाइन विशेष रूप से एक प्रकार के एप्लिकेशन या एक फ़ंक्शन पर लक्षित नहीं होते हैं। कार्यक्रमों की एक विस्तृत श्रृंखला को कुशलता से चलाने में सक्षम होने की मांगों ने इन सीपीयू डिजाइनों को तकनीकी रूप से अधिक उन्नत बना दिया है, साथ ही अपेक्षाकृत महंगा होने और उच्च बिजली की खपत के कुछ नुकसान भी हैं।
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</ref>
</ref>
=== वैज्ञानिक कंप्यूटिंग ===
=== वैज्ञानिक कंप्यूटिंग ===
{{Main|Supercomputer}}
{{Main|सुपर कंप्यूटर}}
वैज्ञानिक कंप्यूटिंग एक बहुत छोटा आला बाजार है(राजस्व और शिप की गई इकाइयों में)। इसका उपयोग सरकारी अनुसंधान प्रयोगशालाओं और विश्वविद्यालयों में किया जाता है। 1990 से पहले, इस बाजार के लिए सीपीयू डिजाइन प्रायः किया जाता था, लेकिन बड़े समूहों में संगठित बड़े पैमाने पर बाजार सीपीयू अधिक किफायती साबित हुए हैं। वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए सक्रिय हार्डवेयर डिजाइन और अनुसंधान का मुख्य शेष क्षेत्र बड़े पैमाने पर बाजार सीपीयू को जोड़ने के लिए उच्च गति डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम के लिए है।
वैज्ञानिक कंप्यूटिंग एक बहुत छोटा आला बाजार है(राजस्व और शिप की गई इकाइयों में)। इसका उपयोग सरकारी अनुसंधान प्रयोगशालाओं और विश्वविद्यालयों में किया जाता है। 1990 से पहले, इस बाजार के लिए सीपीयू डिजाइन प्रायः किया जाता था, लेकिन बड़े समूहों में संगठित बड़े पैमाने पर बाजार सीपीयू अधिक किफायती साबित हुए हैं। वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए सक्रिय हार्डवेयर डिजाइन और अनुसंधान का मुख्य शेष क्षेत्र बड़े पैमाने पर बाजार सीपीयू को जोड़ने के लिए उच्च गति डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम के लिए है।


=== एंबेडेड डिजाइन ===
=== एंबेडेड डिजाइन ===
{{Main|Embedded system}}
{{Main|अंतःस्थापित प्रणाली}}
जैसा कि शिप की गई इकाइयों द्वारा मापा जाता है, अधिकांश सीपीयू अन्य मशीनरी, जैसे टेलीफोन, घड़ियां, उपकरण, वाहन और बुनियादी ढांचे में एम्बेडेड होते हैं। एंबेडेड प्रोसेसर प्रति वर्ष कई अरबों यूनिट की मात्रा में बेचे जाते हैं, हालांकि, सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर की तुलना में अधिकतर कम कीमत पर।
जैसा कि शिप की गई इकाइयों द्वारा मापा जाता है, अधिकांश सीपीयू अन्य मशीनरी, जैसे टेलीफोन, घड़ियां, उपकरण, वाहन और बुनियादी ढांचे में एम्बेडेड होते हैं। एंबेडेड प्रोसेसर प्रति वर्ष कई अरबों यूनिट की मात्रा में बेचे जाते हैं, हालांकि, सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर की तुलना में अधिकतर कम कीमत पर।


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* कम बिजली अपव्यय बनाए रखना महत्वपूर्ण है क्योंकि एम्बेडेड उपकरणों में प्रायः सीमित बैटरी जीवन होता है और शीतलन पंखों को सम्मिलित करना प्रायः अव्यावहारिक होता है।
* कम बिजली अपव्यय बनाए रखना महत्वपूर्ण है क्योंकि एम्बेडेड उपकरणों में प्रायः सीमित बैटरी जीवन होता है और शीतलन पंखों को सम्मिलित करना प्रायः अव्यावहारिक होता है।
* सिस्टम की कम लागत देने के लिए, बाह्य उपकरणों को उसी सिलिकॉन चिप पर प्रोसेसर के साथ एकीकृत किया जाता है।
* सिस्टम की कम लागत देने के लिए, बाह्य उपकरणों को उसी सिलिकॉन चिप पर प्रोसेसर के साथ एकीकृत किया जाता है।
* बाह्य उपकरणों को ऑन-चिप रखने से बिजली की खपत भी कम हो जाती है क्योंकि बाहरी जीपीआईओ पोर्ट्स को आमतौर पर बफरिंग की आवश्यकता होती है ताकि वे चिप के बाहर एक मजबूत सिग्नल बनाए रखने के लिए आवश्यक अपेक्षाकृत उच्च विद्युत् भार को स्रोत या सिंक कर सकें।
* बाह्य उपकरणों को ऑन-चिप रखने से बिजली की खपत भी कम हो जाती है क्योंकि बाहरी जीपीआईओ पोर्ट्स को सामान्यतः बफरिंग की आवश्यकता होती है ताकि वे चिप के बाहर एक मजबूत सिग्नल बनाए रखने के लिए आवश्यक अपेक्षाकृत उच्च विद्युत् भार को स्रोत या सिंक कर सकें।
** कई एम्बेडेड अनुप्रयोगों में विद्युत् परिपथ तंत्र के लिए सीमित मात्रा में भौतिक स्थान होता है; बाह्य उपकरणों को ऑन-चिप रखने से सर्किट बोर्ड के लिए आवश्यक स्थान कम हो जाएगा।
** कई एम्बेडेड अनुप्रयोगों में विद्युत् परिपथ तंत्र के लिए सीमित मात्रा में भौतिक स्थान होता है; बाह्य उपकरणों को ऑन-चिप रखने से सर्किट बोर्ड के लिए आवश्यक स्थान कम हो जाएगा।
** प्रोग्राम और डेटा मेमोरी को प्रायः एक ही चिप पर एकीकृत किया जाता है। जब केवल अनुमत प्रोग्राम मेमोरी रीड-ओनली मेमोरी होती है, तो डिवाइस को [[ microcontroller |मिक्रोकंट्रोलर]] के रूप में जाना जाता है।
** प्रोग्राम और डेटा मेमोरी को प्रायः एक ही चिप पर एकीकृत किया जाता है। जब केवल अनुमत प्रोग्राम मेमोरी रीड-ओनली मेमोरी होती है, तो डिवाइस को [[ microcontroller |मिक्रोकंट्रोलर]] के रूप में जाना जाता है।
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मल्टीटाइटन सीपीयू को 2.5 मानव वर्षों के प्रयास के साथ डिजाइन किया गया था, जिसे उस समय अपेक्षाकृत कम डिजाइन प्रयास माना जाता था।<ref>{{cite journal |last1=Jouppi |first1=N.P. |last2=Tang |first2=J.Y.-F. |title=A 20-MIPS sustained 32-bit CMOS microprocessor with high ratio of sustained to peak performance |journal=IEEE Journal of Solid-State Circuits |date=October 1989 |volume=24 |issue=5 |pages=1348–1359 |doi=10.1109/JSSC.1989.572612 |bibcode=1989IJSSC..24.1348J }}</ref>24 लोगों ने 3.5 वर्षीय मल्टीटाइटन अनुसंधान परियोजना में योगदान दिया, जिसमें एक प्रोटोटाइप सीपीयू का डिजाइन और निर्माण सम्मिलित था।<ref>{{cite web|url=http://www.hpl.hp.com/techreports/Compaq-DEC/WRL-87-8.pdf|title=MultiTitan: Four Architecture Papers|year=1988|pages=4–5}}</ref>
मल्टीटाइटन सीपीयू को 2.5 मानव वर्षों के प्रयास के साथ डिजाइन किया गया था, जिसे उस समय अपेक्षाकृत कम डिजाइन प्रयास माना जाता था।<ref>{{cite journal |last1=Jouppi |first1=N.P. |last2=Tang |first2=J.Y.-F. |title=A 20-MIPS sustained 32-bit CMOS microprocessor with high ratio of sustained to peak performance |journal=IEEE Journal of Solid-State Circuits |date=October 1989 |volume=24 |issue=5 |pages=1348–1359 |doi=10.1109/JSSC.1989.572612 |bibcode=1989IJSSC..24.1348J }}</ref>24 लोगों ने 3.5 वर्षीय मल्टीटाइटन अनुसंधान परियोजना में योगदान दिया, जिसमें एक प्रोटोटाइप सीपीयू का डिजाइन और निर्माण सम्मिलित था।<ref>{{cite web|url=http://www.hpl.hp.com/techreports/Compaq-DEC/WRL-87-8.pdf|title=MultiTitan: Four Architecture Papers|year=1988|pages=4–5}}</ref>
==== सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसर कोर ====
==== सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसर कोर ====
{{Main|Soft microprocessor}}
{{Main|मंद माइक्रोप्रोसेसर}}
एम्बेडेड सिस्टम के लिए, बिजली की खपत आवश्यकताओं के कारण उच्चतम प्रदर्शन स्तरों की प्रायः आवश्यकता नहीं होती है या वांछित नहीं होती है। यह ऐसे प्रोसेसर के उपयोग की अनुमति देता है जिसे तर्क संश्लेषण तकनीकों द्वारा पूरी तरह कार्यान्वित किया जा सकता है। इन संश्लेषित प्रोसेसरों को बहुत कम समय में लागू किया जा सकता है, जिससे यह बाजार में तेजी से भेजा जा सकता है।
एम्बेडेड सिस्टम के लिए, बिजली की खपत आवश्यकताओं के कारण उच्चतम प्रदर्शन स्तरों की प्रायः आवश्यकता नहीं होती है या वांछित नहीं होती है। यह ऐसे प्रोसेसर के उपयोग की अनुमति देता है जिसे तर्क संश्लेषण तकनीकों द्वारा पूरी तरह कार्यान्वित किया जा सकता है। इन संश्लेषित प्रोसेसरों को बहुत कम समय में लागू किया जा सकता है, जिससे यह बाजार में तेजी से भेजा जा सकता है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
{{Wikibooks|Microprocessor Design}}
*अमदहल का नियम
*अमदहल का नियम
* [[ सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट ]]
* [[ सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट ]]
Line 162: Line 159:
== संदर्भ ==
== संदर्भ ==
{{Reflist}}
{{Reflist}}
==इस पृष्ठ में अनुपलब्ध आंतरिक कड़ियों की सूची==
*विशिष्ट एकीकृत परिपथ आवेदन
*डिजिटल डाटा
*आंकड़े
*के माध्यम से(इलेक्ट्रॉनिक्स)
*संवहन दस्तावेज़ स्वरूप
*विनिर्माण क्षमता के लिए डिजाइन(आईसी)
*सिलिकॉन सत्यापन पोस्ट करें
*मास्क डेटा तैयारी
*असफलता विश्लेषण
*रजिस्टर ट्रांसफर लेवल
*सी(प्रोग्रामिंग भाषा)
*यात्रा
*मांग
*उत्पाद आवश्यकता दस्तावेज़
*बाज़ार अवसर
*जीवन का अंत(उत्पाद)
*निर्देश समुच्चय
*तर्क अनुकरण
*सिग्नल की समग्रता
*डिजाइन नियम की जाँच
*टाइमिंग क्लोजर
*औपचारिक तुल्यता जाँच
*सामान्य केन्द्रक
*ऑप एंप
*मेंटर ग्राफिक्स
*एकीकृत परिपथों और प्रणालियों के कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन पर आईईईई लेनदेन
*असफलता विश्लेषण
*एन पी-सम्पूर्ण
*परीक्षण वेक्टर
*controllability
*observability
*प्रशंसक एल्गोरिदम
*कूट-यादृच्छिक
*पंक्ति का पिछला अंत
*बांड विशेषता
*दोहरी इन-लाइन पैकेज
*मरो(एकीकृत सर्किट)
*निर्माण(अर्धचालक)
*विद्युतचुंबकीय व्यवधान
*epoxy
*भली भांति बंद सील
*फ्लैटपैक(इलेक्ट्रॉनिक्स)
*पतली छोटी रूपरेखा पैकेज
*गोंद
*मेटलाइजिंग
*अनावर्ती अभियांत्रिकी
*बाजार के लिए समय
*तार का जोड़
*नमी
*विद्युतीय
*स्थानीय कर से मुक्ति
*साफ-सुथरे कमरे
*अवरोधित हो जाना
*HIRF
*एकीकृत परिपथ
*रूटिंग(इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन ऑटोमेशन)
*प्रक्रिया के कोने
*मानक सेल
*आईसी बिजली की आपूर्ति पिन
*घड़ी की आवृत्ति
*सिग्नल की समग्रता
*उत्तम नस्ल
*रजिस्टर ट्रांसफर लेवल
*मूल्य संवर्धित
*पुस्तकालय(कंप्यूटर विज्ञान)
*मॉडल आधारित डिजाइन
*स्वत: नियंत्रण
*राज्य मशीनें
*सोर्स कोड
*स्वचालित कोड पीढ़ी
*शून्य से विभाजन
*आवश्यकताओं का पता लगाने योग्यता
*मॉडल जांच
*औपचारिक तरीके
*मॉडल केंद्र
*वेब आधारित अनुकरण
*Xcos
*साइलैब
*पूर्णांक
*मैक ओएस
*प्रयोक्ता इंटरफ़ेस
*समारोह(गणित)
*फोरट्रान
*स्थिर(कंप्यूटर विज्ञान)
*खिसकाना
*जादू वर्ग
*लैम्ब्डा कैलकुलस
*मेक्स फ़ाइल
*मेथेमेटिका
*तुम क्या सहन करते हो
*संख्यात्मक-विश्लेषण सॉफ्टवेयर की तुलना
*आईईईई मानक
*एक्सेलेरा
*जावा(प्रोग्रामिंग भाषा)
*पैक्ड सरणी
*कड़ा मुकाबला
*struct
*टाइपडीफ
*कुंडी(इलेक्ट्रॉनिक)
*रन टाइम(कार्यक्रम जीवनचक्र चरण)
*एकल विरासत
*टेम्पलेट विशेषज्ञता
*जानकारी छिपाना
*ऑपरेटर नया
*यादृच्छिक परीक्षण
*सामग्री निहितार्थ(अनुमान का नियम)
*पूर्ववृत्त(तर्क)
*फलस्वरूप
*सिमुलेशन
*स्वचालित प्रमेय सिद्ध करना
*कार्तीय गुणन
*परीक्षण के अंतर्गत उपकरण
*डिजाइन अंतरिक्ष सत्यापन
*टेस्ट कवरेज
*उदाहरण(कंप्यूटर विज्ञान)
*तुल्यकालन(कंप्यूटर विज्ञान)
*सशक्त टाइपिंग
*पाश के लिए
*बहाव को काबू करें
*लगातार(कंप्यूटर प्रोग्रामिंग)
*भाषा अंतरसंचालनीयता
*सी-परिवार प्रोग्रामिंग भाषाओं की सूची
*प्रक्रमण करने से पहले के निर्देश
*मूल फाइल
*लिंट(सॉफ्टवेयर)
*एकीकृत सर्किट डिजाइन
*एकीकृत सर्किट लेआउट
*एकीकृत परिपथ
*पूरा रिवाज
*इन्सुलेटर पर सिलिकॉन
*मुखौटा डेटा तैयारी
*उच्च स्तरीय संश्लेषण
*असतत घटना सिमुलेशन
*आईडिया1
*उच्च स्तरीय प्रोग्रामिंग भाषा
*संगणक वैज्ञानिक
*वितरित अभिकलन
*व्युत्पन्न वर्ग
*सीएलयू(प्रोग्रामिंग भाषा)
*अदा(प्रोग्रामिंग भाषा)
*कक्षा(कंप्यूटर प्रोग्रामिंग)
*कास्ट(कंप्यूटर विज्ञान)
*एक्सेप्शन हेंडलिंग
*सभा की भाषा
*अवधारणाएं(सी ++)
*सी ++ मानक पुस्तकालय
*एब्स्ट्रैक्शन(कंप्यूटर साइंस)
*कक्षा(कंप्यूटर विज्ञान)
*संकलन समय
*सहयोगी सरणी
*सुविधा(सॉफ्टवेयर डिजाइन)
*अनवरत वृद्धि # अनियंत्रित विस्तार
*विशिष्ट एकीकृत परिपथ आवेदन
*अर्धचालक निर्माण
*एक चिप पर सिस्टम
*नि: शुल्क
*अनुक्रमिक तर्क
*स्थान और मार्ग
*रूटिंग(ईडीए)
*सेमीकंडक्टर
*आर्किटेक्ट
*फ्लोरेंस कैथेड्रल
*वास्तु सिद्धांत
*समसामयिक आर्किटेक्चर
*गोथिक वास्तुशिल्प
*फार्म समारोह के बाद
*मंजिल की योजना
*सुनहरा अनुपात
*वास्तुकला डिजाइन मूल्य
*पुनर्निर्माणवाद
*क्लासिकल एंटिक्विटी
*कैथेड्रल
*सौंदर्यशास्र
*अभिव्यंजनावादी वास्तुकला
*वास्तु घटना विज्ञान
*हरा भवन
*हरित बुनियादी ढाँचा
*संकल्पनात्मक निदर्श
*व्‍यवहार
*वास्तुकला प्रौद्योगिकी
*कटलरी
*डिजाइन के तरीके
*संकल्पनात्मक निदर्श
*झरना मॉडल
*शोध करना
*उत्पाद डिजाइन विनिर्देश
*संक्षिप्त आकार
*उत्पाद का परीक्षण करना
*समस्या को सुलझाना
*दस्तावेज़
*साइट पर
*आशुरचना
*चुस्त सॉफ्टवेयर विकास
*उपयोगकर्ता केंद्रित डिजाइन
*ग्राफक कला
*एप्लाइड आर्ट्स
*मुहावरा
*चिन्ह, प्रतीक
*जानबूझकर परिभाषा
*अंक शास्त्र
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*फ़ाइल साझा करना
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*संशोधित असतत कोसाइन परिवर्तन
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*बुंदाडा इटाकुरा
*असतत कोसाइन परिवर्तन
*फिल्टर(सॉफ्टवेयर)
*धोखाधड़ी
*एमपीईजी-1 ऑडियो परत II
*झूठा
*नमूनाकरण दर
*संदर्भ कार्यान्वयन(कंप्यूटिंग)
*सोल
*धुन(ऑनलाइन संगीत सेवा)
*जॉइन्ट स्टीरियो
*त्रुटि की जांच कर रहा है
*पूर्व बनाया
*संपीड़न विरूपण साक्ष्य
*लाल किताब(ऑडियो सीडी मानक)
*आईएफए शो
*कार्य(ऑडियो प्रारूप)
*सेब दोषरहित
*एमपीईजी -4 भाग 14
*बयान(कंप्यूटर विज्ञान)
*सॉफ़्टवेयर परीक्षण
*एसीएम का संचार
*सुरक्षा महत्वपूर्ण
*परिमित अवस्था मशीन
*रुकने की समस्या
*ताल डिजाइन सिस्टम
*एफपीजीए प्रोटोटाइप
*कदम स्तर
*एम्यूलेटर
*उन्नत लघु उपकरण
*सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट
*स्पर्धारोधी कानून
*शुरुआती सार्वजानिक प्रस्ताव
*क्रेग बैरेट(व्यापारी)
*एंटीट्रस्ट
*एआईएम गठबंधन
*किफायती इंटरनेट के लिए गठबंधन
*सेब सिलिकॉन
*EPROM
*विद्युत ऊर्जा की खपत
*एम्बर झील(सूक्ष्म वास्तुकला)
*Apple वर्ल्डवाइड डेवलपर्स कॉन्फ्रेंस
*स्वतंत्र रूप से पुनर्वितरण योग्य सॉफ्टवेयर
*प्रचार अभियान
*प्रतिस्पर्धी विरोधी प्रथाएं
*एथिलबेन्जीन
*संघर्ष संसाधन
*कन्फ्लिक्ट खनिज
*आयु भेदभाव
*बम्पलेस बिल्ड-अप परत
*उत्पाद वापसी
*प्रधान चौगुनी
*प्राइम ट्रिपलेट
*जुड़वां प्रधान
*प्रतीकात्मक प्रक्षेपवक्र मूल्यांकन
*कदम स्तर
*पुस्तकालय(कम्प्यूटिंग)
*औपचारिक विशिष्टता
*सिस्टम टाइप करें
*कंप्यूटर विज्ञान में तर्क
*शर्त लगाना
*कार्यक्रम परिशोधन
*स्वचालित प्रमेय कहावत
*जेड अंकन
*उदाहरण
*अनिश्चितता
*ओरेकल मशीन
*एडीए प्रोग्रामिंग भाषा
*वस्तु बाधा भाषा
*परिमित अवस्था मशीन
*आभासी परिमित राज्य मशीन
*औद्योगिक सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग के लिए कठोर दृष्टिकोण
*विशिष्टता और विवरण भाषा
*RAISE विनिर्देश भाषा
*विशिष्टता भाषा
*लेन-देन-स्तर मॉडलिंग
*तर्क परिवार
*सॉफ्टवेयर टूल
*श्वेत रव
*विंडो(कंप्यूटिंग)
*गुणा
*आस्पेक्ट अनुपात
*बहुपदी समय फलन
*प्रोग्राम करने योग्य तर्क डिवाइस
*प्रोग्राम करने योग्य सरणी तर्क
*ट्रुथ टेबल
*प्रोग्राम करने योग्य तर्क सरणी
*बहाव को काबू करें
*कार्यात्मक डिजाइन
*अंकगणितीय आपरेशनस
*पराबैगनी प्रकाश
*लेज़र
*कामकाजी मेज
*अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी
*आईएमईसी
*सब्सट्रेट(मुद्रण)
*टोपपन
*स्थिर समय विश्लेषण
*टेस्टेबिलिटी के लिए डिजाइन
*बंद होने का समय
*योजनाबद्ध कब्जा
*पायथन(प्रोग्रामिंग भाषा)
*सेमीकंडक्टर
*प्रभारी वाहक
*पारंपरिक धारा
*अर्धचालकों में आवेश वाहक
*रिक्तीकरण क्षेत्र
*बहुसंख्यक वाहक
*निम्न स्तर का इंजेक्शन
*द्विध्रुवीय प्रसार
*फोटोन
*आम emitter
*आम आधार
*आनुपातिकता(गणित)
*हिमस्खलन टूटना
*कमरे का तापमान
*बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज
*बेलगाम उष्म वायु प्रवाह
*सतह-अवरोध ट्रांजिस्टर
*बैंड आरेख
*गणित का मॉडल
*कमी चौड़ाई
*छोटा संकेत
*एकदिश धारा
*सामान्य आधार
*लोगारित्म
*इलेक्ट्रोस्टैटिक-संवेदनशील डिवाइस
*आयनीकरण विकिरण
*एकीकृत परिपथ
*सर्किट सिमुलेशन
*आवेदन सुरक्षा
*यूनाइटेड स्टेट्स वाणिज्य विभाग
*डिजाइन नियम जाँच
*कैट्स(सॉफ्टवेयर)
*प्रोग्राम करने योग्य तर्क उपकरण
*जाँच और वैधता
*सुरक्षा सूचना और घटना प्रबंधन
*बौद्धिक संपत्ति
*स्थान और मार्ग
*सुदृढीकरण सीखना
*पीस्पाइस
*कम्प्यूटेशनल तरल सक्रिय
*निर्देश समुच्चय
*नियंत्रण विभाग
*डेटा पथ
*अंकगणितीय तर्क इकाई
*गेट सरणी
*निर्देश सेट वास्तुकला
*एम्यूलेटर
*निर्देश प्रति सेकंड


=== सामान्य संदर्भ ===
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Revision as of 15:35, 5 January 2023

प्रोसेसर डिजाइन कंप्यूटर इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरिंग(फैब्रिकेशन) का एक उपक्षेत्र है जो संगणक का एक प्रमुख घटक प्रोसेसर बनाने से संबंधित है।

डिजाइन प्रक्रिया में निर्देश सेट और निश्चित निष्पादन प्रतिमान(जैसे वीएलआईडब्ल्यू या आरआईएससी) का चयन करना सम्मिलित है और इसके परिणामस्वरूप एक माइक्रोआर्किटेक्चर प्राप्त होता है, जिसे उदाहरण के लिए वीएचडीएल या वेरिलॉग में वर्णित किया जा सकता है। माइक्रोप्रोसेसर डिज़ाइन के लिए, यह विवरण तब विभिन्न अर्धचालक उपकरण निर्माण प्रक्रियाओं में से कुछ को नियोजित करके निर्मित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक डाई(एकीकृत सर्किट) प्राप्त होता है जो चिप वाहक पर स्थापित होता है। इस चिप वाहक को फिर एक मुद्रित सर्किट बोर्ड(पीसीबी) पर सीपीयू सॉकेट में मिलाया या डाला जाता है।

किसी भी प्रोसेसर के संचालन का तरीका निर्देशों की सूची का निष्पादन है। निर्देशों में सामान्यतः प्रोसेसर रजिस्टर का उपयोग करके डेटा मानों की गणना या हेरफेर करने, पढ़ने/लिखने की मेमोरी में मानों को बदलने या पुनर्प्राप्त करने, डेटा मानों के बीच संबंधपरक परीक्षण करने और प्रोग्राम प्रवाह को नियंत्रित करना सम्मिलित हैं।

प्रोसेसर के डिजाइन को सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन के लिए फाउंड्री में भेजने से पहले एक या कई एफपीजीए पर प्रायः प्रोसेसर डिजाइनों का परीक्षण और सत्यापन किया जाता है।[1]

विवरण

मूल बातें

सीपीयू डिज़ाइन को निम्नलिखित घटकों के डिज़ाइन में विभाजित किया गया है:

  1. डेटापथ(जैसे एएलयू और पाइपलाइन)
  2. नियंत्रण इकाई: तर्क जो डेटापथ को नियंत्रित करता है
  3. मेमोरी घटक जैसे रजिस्टर फाइलें, कैश मैमोरी
  4. घड़ी संकेत विद्युत् परिपथ तंत्र जैसे क्लॉक ड्राइवर, चरण बंद लूप(पीएलएल),घड़ी वितरण नेटवर्क
  5. पैड ट्रांसीवर विद्युत् परिपथ तंत्र
  6. तर्क गेट सेल लाइब्रेरी जिसका उपयोग तर्क को लागू करने के लिए किया जाता है

उच्च-प्रदर्शन बाजारों के लिए डिज़ाइन किए गए सीपीयू को आवृत्ति, बिजली की खपत और चिप-क्षेत्र लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए इनमें से प्रत्येक आइटम के लिए कस्टम(अनुकूलित या एप्लिकेशन विशिष्ट(नीचे देखें)) डिज़ाइन की आवश्यकता हो सकती है, जबकि निम्न-प्रदर्शन बाजारों के लिए डिज़ाइन किए गए सीपीयू इनमें से कुछ वस्तुओं को बौद्धिक संपदा के रूप में खरीदकर कार्यान्वयन के बोझ को कम करते हैं। नियंत्रण तर्क कार्यान्वयन तकनीकों(सीएडी उपकरणों का उपयोग करके तर्क संश्लेषण ) का उपयोग डेटापथों को लागू करने, फाइलों को पंजीकृत करने और घड़ियों को लागू करने के लिए किया जा सकता है। सीपीयू डिजाइन में उपयोग की जाने वाली सामान्य तर्क शैलियों में असंरचित यादृच्छिक तर्क, परिमित-अवस्था मशीन, माइक्रोप्रोग्रामिंग(1965 से 1985 तक प्रचलित), और प्रोग्रामेबल तर्क एरेज़(1980 के दशक में प्रचलित पर अब नहीं) सम्मिलित हैं।

कार्यान्वयन तर्क

तर्क को लागू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले डिवाइस प्रकारों में सम्मिलित हैं:

  • ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क स्मॉल स्केल इंटीग्रेशन तर्क चिप्स - अब सीपीयू के लिए उपयोग नहीं किया जाता है
  • प्रोग्रामेबल एरे तर्क और प्रोग्रामेबल तर्क डिवाइस - अब सीपीयू के लिए उपयोग नहीं किया जाता है
  • एमिटर-युग्मित तर्क(ईसीएल) गेट एरेज़ - अब आम नहीं
  • सीएमओएस गेट सरणियाँ - अब सीपीयू के लिए उपयोग नहीं की जाती हैं
  • सीएमओएस बड़े पैमाने पर उत्पादित एकीकृत परिपथ - वॉल्यूम के हिसाब से सीपीयू का विशाल बहुमत
  • सीएमओएस एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत सर्किट - केवल व्यय के कारण कुछ विशेष अनुप्रयोगों के लिए
  • फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट एरेज़(एफपीजीए) - सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसरों के लिए सामान्य, और कमोबेश पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक है

सीपीयू डिज़ाइन प्रोजेक्ट में सामान्यतः निम्न प्रमुख कार्य होते हैं:

  • प्रोग्रामर-दृश्यमान निर्देश सेट आर्किटेक्चर, जिसे विभिन्न प्रकार के माइक्रोआर्किटेक्चर द्वारा कार्यान्वित किया जा सकता है
  • एएनएसआई सी / सी++ या सिस्टम-सी में वास्तुकला अध्ययन और प्रदर्शन मॉडलिंग[clarification needed]
  • उच्च-स्तरीय संश्लेषण (एचएलएस) या रजिस्टर ट्रांसफर लेवल(आरटीएल, जैसे तर्क) कार्यान्वयन
  • रजिस्टर ट्रांसफर भाषा(आरटीएल) सत्यापन
  • स्पीड क्रिटिकल कंपोनेंट्स(कैशै, रजिस्टर, एएलयू) कापरिपथ डिज़ाइन
  • तर्क-सिंथेसिस या तर्क-गेट-लेवल डिज़ाइन
  • समय-विश्लेषण यह पुष्टि करने के लिए कि सभी तर्क और सर्किट निर्दिष्ट ऑपरेटिंग आवृत्ति पर चलेंगे
  • तर्क गेट्स का फ्लोरप्लानिंग, प्लेस और रूट सहित भौतिक डिजाइन
  • जाँच करना कि आरटीएल, गेट-लेवल, ट्रांजिस्टर-लेवल और फिजिकल-लेवल प्रतिरूप समतुल्य हैं
  • सिग्नल की अखंडता, डिजाइन नियम की जांच

सीपीयू कोर को छोटे डाई-एरिया में फिर से डिजाइन करने से सब कुछ छोटा करने में मदद मिलती है( 'फोटोमास्क श्रिंक'), जिसके परिणामस्वरूप एक छोटे से डाई पर समान संख्या में ट्रांजिस्टर होते हैं। यह प्रदर्शन में सुधार करता है(छोटे ट्रांजिस्टर तेजी से स्विच करते हैं), बिजली खपत कम करते हैं (छोटे तारों में कम परजीवी संधारित्र होती है) और लागत कम होती है(अधिक सीपीयू सिलिकॉन के एक ही वेफर पर फिट होते हैं)। एक डाई पर एक ही आकार का सीपीयू जारी करना, लेकिन छोटे सीपीयू कोर के साथ, लागत लगभग समान रहती है लेकिन एक बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण चिप(अतिरिक्त कैशै, एकाधिक सीपीयू या अन्य घटकों) के भीतर उच्च स्तर के एकीकरण की अनुमति देता है, प्रदर्शन में सुधार करता है और समग्र प्रणाली लागत को कम करना।

सबसे जटिल इलेक्ट्रॉनिक डिजाइनों की तरह, तर्क सत्यापन प्रयास(यह साबित करते हुए कि डिजाइन में बग नहीं है) सीपीयू के प्रोजेक्ट शेड्यूल में प्रमुख होता है।

मुख्य सीपीयू आर्किटेक्चरल नवरचना में सूचकांक रजिस्टर, सीपीयू कैशै, वर्चुअल मेमोरी, निर्देश पाइपलाइनिंग, सुपरस्केलर, जटिल निर्देश-सेट कंप्यूटर, रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन-सेट कंप्यूटर, वर्चुअल मशीन, एमुलेटर, माइक्रोप्रोग्राम और स्टैक(डेटा स्ट्रक्चर) सम्मिलित हैं।

सूक्ष्म-वास्तुशिल्प अवधारणाएं

Main article: माइक्रोआर्किटेक्चर

शोध विषय

Main article: सामान्य-उद्देश्य वाले CPU का इतिहास § 1990 से आज तक: आगे देख रहे हैं

सामान्य प्रयोजन के सीपीयू का इतिहास की एक किस्म # 1990 से आज तक: आगे की ओर देखते हुए प्रस्तावित किया गया है,

पुन: संयोजन योग्य तर्क, क्लॉकलेस सीपीयू, कम्प्यूटेशनल रैम और ऑप्टिकल कंप्यूटिंग सहित कई नए सीपीयू डिजाइन विचार प्रस्तावित किए गए हैं।

प्रदर्शन विश्लेषण और बेंचमार्किंग

Main article: कंप्यूटर का प्रदर्शन

बेंचमार्किंग(कंप्यूटिंग) सीपीयू की गति के परीक्षण का एक तरीका है। उदाहरणों में स्टैण्डर्ड परफॉरमेंस इवैल्यूएशन कारपोरेशन द्वारा विकसित एसपीईसी-इंट और एसपीईसी-ऍफ़पी और एंबेडेड माइक्रोप्रोसेसर बेंचमार्क कंसोर्टियम ईईएमबीसी द्वारा विकसित कंसुमेरमार्क सम्मिलित हैं।

सामान्यतः इस्तेमाल किए जाने वाले कुछ मेट्रिक्स में सम्मिलित हैं:

  • प्रति सेकंड निर्देश - अधिकांश उपभोक्ता पहले से मौजूद पूर्व-संकलित सॉफ़्टवेयर के बड़े आधार को चलाने में सक्षम होने के लिए कंप्यूटर आर्किटेक्चर(सामान्यतः इंटेलIA32 आर्किटेक्चर) चुनते हैं। कंप्यूटर बेंचमार्क पर अपेक्षाकृत अनभिज्ञ होने के कारण, उनमें से कुछ ऑपरेटिंग आवृत्ति के आधार पर एक विशेष सीपीयू चुनते हैं(मेगाहर्ट्ज़ मिथक देखें)।
  • ऍफ़एलवोपीएस - वैज्ञानिक गणनाओं के लिए कंप्यूटर के चयन में प्रति सेकंड फ्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशंस की संख्या प्रायः महत्वपूर्ण होती है।
  • प्रदर्शन प्रति वाट - समानांतर कंप्यूटिंग का निर्माण करने वाले सिस्टम डिजाइनर, जैसे कि गूगल, सीपीयू को उनकी गति प्रति वाट बिजली के आधार पर चुनते हैं, क्योंकि सीपीयू को पावर देने की लागत सीपीयू की लागत से अधिक होती है।[2][3]
  • समानांतर कंप्यूटर बनाने वाले कुछ सिस्टम डिज़ाइनर प्रति डॉलर की गति के आधार पर सीपीयू चुनते हैं।
  • रीयल-टाइम कंप्यूटिंग सिस्टम बनाने वाले सिस्टम डिज़ाइनर सबसे खराब स्थिति की प्रतिक्रिया की गारंटी देना चाहते हैं। ऐसा करना आसान होता है जब सीपीयू में कम इंटरप्ट लेटेंसी होती है और जब इसकी नियतात्मक प्रतिक्रिया होती है।(डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर )
  • कंप्यूटर प्रोग्रामर जो सीधे असेंबली भाषा में प्रोग्राम करते हैं, पूर्ण विशेषताओं वाले सीपीयू निर्देश सेट का समर्थन करना चाहते हैं।
  • कम शक्ति - सीमित बिजली स्रोतों(जैसे सौर, बैटरी, मानव शक्ति) वाले सिस्टम के लिए।
  • छोटे आकार या कम वजन - पोर्टेबल एम्बेडेड सिस्टम के लिए, अंतरिक्ष यान के लिए सिस्टम।
  • पर्यावरणीय प्रभाव - निर्माण और पुनर्चक्रण के साथ-साथ उपयोग के दौरान कंप्यूटर के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करना। कचरे को कम करना, खतरनाक सामग्री को कम करना।( हरित संगणना देखें)।

इनमें से कुछ मेट्रिक्स को अनुकूलित करने में ट्रेडऑफ़ हो सकता है। विशेष रूप से, कई डिज़ाइन तकनीकें जो एक सीपीयू को तेजी से चलाती हैं, प्रति वाट प्रदर्शन, प्रति डॉलर प्रदर्शन, और नियतात्मक प्रतिक्रिया को और भी बदतर बना देती हैं, और इसके विपरीत भी सत्य हो सकता है।

बाजार

कई अलग-अलग बाजार हैं जिनमें सीपीयू का उपयोग किया जाता है। चूंकि इनमें से प्रत्येक बाजार सीपीयू के लिए अपनी आवश्यकताओं में भिन्न होता है, इसलिए एक बाजार के लिए डिजाइन किए गए उपकरण ज्यादातर मामलों में अन्य बाजारों के लिए अनुपयुक्त होते हैं।

सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग

सीपीयू की बिक्री से उत्पन्न अधिकांश राजस्व सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग के लिए है[citation needed], अर्थात, डेस्कटॉप, लैपटॉप और सर्वर कंप्यूटर जो सामान्यतः व्यवसायों और घरों में उपयोग किए जाते हैं। इस बाजार में, Intel IA-32 और 64-बिट संस्करण x86-64 आर्किटेक्चर बाजार पर हावी है, इसके प्रतिद्वंद्वी पावरपीसी और स्पार्क बहुत छोटे ग्राहक आधार बनाए रखते हैं। सालाना, इस बाजार द्वारा करोड़ों IA-32 आर्किटेक्चर सीपीयू का उपयोग किया जाता है। इन प्रोसेसरों का बढ़ता प्रतिशत नेटबुक और लैपटॉप जैसे मोबाइल कार्यान्वयन के लिए है।[4]

चूंकि इन उपकरणों का उपयोग अनगिनत विभिन्न प्रकार के प्रोग्राम चलाने के लिए किया जाता है, इसलिए ये सीपीयू डिज़ाइन विशेष रूप से एक प्रकार के एप्लिकेशन या एक फ़ंक्शन पर लक्षित नहीं होते हैं। कार्यक्रमों की एक विस्तृत श्रृंखला को कुशलता से चलाने में सक्षम होने की मांगों ने इन सीपीयू डिजाइनों को तकनीकी रूप से अधिक उन्नत बना दिया है, साथ ही अपेक्षाकृत महंगा होने और उच्च बिजली की खपत के कुछ नुकसान भी हैं।

उच्च अंत प्रोसेसर अर्थशास्त्र

1984 में, अधिकांश उच्च-प्रदर्शन वाले सीपीयू को विकसित होने में चार से पांच साल की आवश्यकता होती थी।[5]

वैज्ञानिक कंप्यूटिंग

Main article: सुपर कंप्यूटर

वैज्ञानिक कंप्यूटिंग एक बहुत छोटा आला बाजार है(राजस्व और शिप की गई इकाइयों में)। इसका उपयोग सरकारी अनुसंधान प्रयोगशालाओं और विश्वविद्यालयों में किया जाता है। 1990 से पहले, इस बाजार के लिए सीपीयू डिजाइन प्रायः किया जाता था, लेकिन बड़े समूहों में संगठित बड़े पैमाने पर बाजार सीपीयू अधिक किफायती साबित हुए हैं। वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए सक्रिय हार्डवेयर डिजाइन और अनुसंधान का मुख्य शेष क्षेत्र बड़े पैमाने पर बाजार सीपीयू को जोड़ने के लिए उच्च गति डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम के लिए है।

एंबेडेड डिजाइन

Main article: अंतःस्थापित प्रणाली

जैसा कि शिप की गई इकाइयों द्वारा मापा जाता है, अधिकांश सीपीयू अन्य मशीनरी, जैसे टेलीफोन, घड़ियां, उपकरण, वाहन और बुनियादी ढांचे में एम्बेडेड होते हैं। एंबेडेड प्रोसेसर प्रति वर्ष कई अरबों यूनिट की मात्रा में बेचे जाते हैं, हालांकि, सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर की तुलना में अधिकतर कम कीमत पर।

ये सिंगल-फ़ंक्शन डिवाइस कई मायनों में अधिक परिचित सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू से भिन्न होते हैं:

  • कम लागत का बहुत महत्व है।
  • कम बिजली अपव्यय बनाए रखना महत्वपूर्ण है क्योंकि एम्बेडेड उपकरणों में प्रायः सीमित बैटरी जीवन होता है और शीतलन पंखों को सम्मिलित करना प्रायः अव्यावहारिक होता है।
  • सिस्टम की कम लागत देने के लिए, बाह्य उपकरणों को उसी सिलिकॉन चिप पर प्रोसेसर के साथ एकीकृत किया जाता है।
  • बाह्य उपकरणों को ऑन-चिप रखने से बिजली की खपत भी कम हो जाती है क्योंकि बाहरी जीपीआईओ पोर्ट्स को सामान्यतः बफरिंग की आवश्यकता होती है ताकि वे चिप के बाहर एक मजबूत सिग्नल बनाए रखने के लिए आवश्यक अपेक्षाकृत उच्च विद्युत् भार को स्रोत या सिंक कर सकें।
    • कई एम्बेडेड अनुप्रयोगों में विद्युत् परिपथ तंत्र के लिए सीमित मात्रा में भौतिक स्थान होता है; बाह्य उपकरणों को ऑन-चिप रखने से सर्किट बोर्ड के लिए आवश्यक स्थान कम हो जाएगा।
    • प्रोग्राम और डेटा मेमोरी को प्रायः एक ही चिप पर एकीकृत किया जाता है। जब केवल अनुमत प्रोग्राम मेमोरी रीड-ओनली मेमोरी होती है, तो डिवाइस को मिक्रोकंट्रोलर के रूप में जाना जाता है।
  • कई एम्बेडेड अनुप्रयोगों के लिए, कुछ सामान्य-उद्देश्य वाले प्रोसेसर की तुलना में इंटरप्ट-लेटेंसी अधिक महत्वपूर्ण होगी।

एंबेडेड प्रोसेसर अर्थशास्त्र

शिप की गई कुल इकाइयों की सबसे बड़ी संख्या के साथ एम्बेडेड सीपीयू परिवार 8051 है, जिसका प्रति वर्ष लगभग एक बिलियन यूनिट का औसत है।[6] 8051 का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि यह बहुत सस्ती है। डिजाइन समय अब ​​लगभग शून्य है, क्योंकि यह वाणिज्यिक बौद्धिक संपदा के रूप में व्यापक रूप से उपलब्ध है। अब इसे प्रायः एक चिप पर बड़े सिस्टम के एक छोटे हिस्से के रूप में एम्बेड किया जाता है। एक 8051 की सिलिकॉन लागत अब यूएस $0.001 जितनी कम है, क्योंकि कुछ कार्यान्वयन 2,200 तर्क गेट्स का उपयोग करते हैं और 0.4730 वर्ग मिलीमीटर सिलिकॉन लेते हैं।[7][8]

2009 तक, किसी भी अन्य 32-बिट निर्देश सेट की तुलना में एआरएम आर्किटेक्चर निर्देश सेट का उपयोग करके अधिक सीपीयू का उत्पादन किया जाता है।[9][10]एआरएम आर्किटेक्चर और पहली एआरएम चिप को लगभग डेढ़ साल और 5 मानव वर्षों के कार्य समय में डिजाइन किया गया था।[11]

32-बिट पराल्लास प्रोपेलर माइक्रोकंट्रोलर आर्किटेक्चर और पहली चिप को दो लोगों द्वारा लगभग 10 मानव वर्षों के कार्य समय में डिजाइन किया गया था।[12]

8-बिट एटमेल एवीआर और पहले एवीआर माइक्रोकंट्रोलर की कल्पना और डिजाइन नॉर्वेजियन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के दो छात्रों ने किया था।

8-बिट 6502 आर्किटेक्चर और पहली एमओएस प्रौद्योगिकी 6502 चिप को 13 महीनों में लगभग 9 लोगों के समूह द्वारा डिजाइन किया गया था।[13]

अनुसंधान और शैक्षिक सीपीयू डिजाइन

32 बिट बर्कले आरआईएससी -I और आरआईएससी-II प्रोसेसर ज्यादातर छात्रों की एक श्रृंखला द्वारा स्नातक पाठ्यक्रमों के चार तिमाही अनुक्रम के हिस्से के रूप में डिजाइन किए गए थे।[14]यह डिज़ाइन वाणिज्यिक इसपीयेआरसी प्रोसेसर डिज़ाइन का आधार बन गया।

लगभग एक दशक तक, एमआईटी में 6.004 कक्षा लेने वाला प्रत्येक छात्र एक टीम का हिस्सा था- प्रत्येक टीम के पास 7400 श्रृंखला एकीकृत सर्किटों में से एक साधारण 8 बिट सीपीयू डिजाइन और निर्माण करने के लिए एक सेमेस्टर था। 4 छात्रों की एक टीम ने उस सेमेस्टर के दौरान एक साधारण 32 बिट सीपीयू का डिजाइन और निर्माण किया।[15]

कुछ स्नातक पाठ्यक्रमों में एक 15-सप्ताह के सेमेस्टर में एक एफपीजीए में एक साधारण सीपीयू को डिज़ाइन करने, कार्यान्वित करने और परीक्षण करने के लिए 2 से 5 छात्रों की एक टीम की आवश्यकता होती है।[16]

मल्टीटाइटन सीपीयू को 2.5 मानव वर्षों के प्रयास के साथ डिजाइन किया गया था, जिसे उस समय अपेक्षाकृत कम डिजाइन प्रयास माना जाता था।[17]24 लोगों ने 3.5 वर्षीय मल्टीटाइटन अनुसंधान परियोजना में योगदान दिया, जिसमें एक प्रोटोटाइप सीपीयू का डिजाइन और निर्माण सम्मिलित था।[18]

सॉफ्ट माइक्रोप्रोसेसर कोर

Main article: मंद माइक्रोप्रोसेसर

एम्बेडेड सिस्टम के लिए, बिजली की खपत आवश्यकताओं के कारण उच्चतम प्रदर्शन स्तरों की प्रायः आवश्यकता नहीं होती है या वांछित नहीं होती है। यह ऐसे प्रोसेसर के उपयोग की अनुमति देता है जिसे तर्क संश्लेषण तकनीकों द्वारा पूरी तरह कार्यान्वित किया जा सकता है। इन संश्लेषित प्रोसेसरों को बहुत कम समय में लागू किया जा सकता है, जिससे यह बाजार में तेजी से भेजा जा सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Cutress, Ian (August 27, 2019). "Xilinx Announces World Largest FPGA: Virtex Ultrascale+ VU19P with 9m Cells". AnandTech.
  2. ↑ "EEMBC ConsumerMark". Archived from the original on March 27, 2005.
  3. ↑ Stephen Shankland (December 9, 2005). "Power could cost more than servers, Google warns". ZDNet.
  4. ↑ Kerr, Justin. "AMD Loses Market Share as Mobile CPU Sales Outsell Desktop for the First Time." Maximum PC. Published 2010-10-26.
  5. ↑ "New system manages hundreds of transactions per second" article by Robert Horst and Sandra Metz, of Tandem Computers Inc., "Electronics" magazine, 1984 April 19: "While most high-performance CPUs require four to five years to develop, The NonStop TXP processor took just 2+1/2 years -- six months to develop a complete written specification, one year to construct a working prototype, and another year to reach volume production."
  6. ↑ Curtis A. Nelson. "8051 Overview" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-10-09. Retrieved 2011-07-10.
  7. ↑ "T8051 Tiny 8051-compatible Microcontroller" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-09-29.
  8. ↑ To figure dollars per square millimeter, see [1], and note that an SOC component has no pin or packaging costs.
  9. ↑ "ARM Cores Climb Into 3G Territory" by Mark Hachman, 2002.
  10. ↑ "The Two Percent Solution" by Jim Turley 2002.
  11. ↑ "ARM's way" 1998
  12. ↑ "Why the Propeller Works" by Chip Gracey
  13. ↑ "Interview with William Mensch". Archived from the original on 2016-03-04. Retrieved 2009-02-01.
  14. ↑ C.H. Séquin; D.A. Patterson. "Design and Implementation of RISC I" (PDF).
  15. ↑ "the VHS". Archived from the original on 2010-02-27.
  16. ↑ Jan Gray. "Teaching Computer Design with FPGAs".
  17. ↑ Jouppi, N.P.; Tang, J.Y.-F. (October 1989). "A 20-MIPS sustained 32-bit CMOS microprocessor with high ratio of sustained to peak performance". IEEE Journal of Solid-State Circuits. 24 (5): 1348–1359. Bibcode:1989IJSSC..24.1348J. doi:10.1109/JSSC.1989.572612.
  18. ↑ "MultiTitan: Four Architecture Papers" (PDF). 1988. pp. 4–5.

सामान्य संदर्भ

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