अनुक्रमिक तर्क
ऑटोमेटा सिद्धांत में, अनुक्रमिक तर्क एक प्रकार का तर्क सर्किट होता है जिसका आउटपुट उसके इनपुट संकेतों के वर्तमान मूल्य और पिछले इनपुट के अनुक्रम, इनपुट इतिहास पर निर्भर करता है। [1][2][3][4] यह कॉम्बिनेशन लॉजिक के विपरीत है, जिसका आउटपुट केवल वर्तमान इनपुट का एक कार्य है। अर्थात्, अनुक्रमिक तर्क में अवस्था (कंप्यूटर विज्ञान) (स्मृति) होती है जबकि संयोजन तर्क में नहीं होता।
अनुक्रमिक तर्क का उपयोग परिमित-राज्य मशीनों के निर्माण के लिए किया जाता है, जो सभी डिजिटल सर्किटरी में एक बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक है। व्यावहारिक डिजिटल उपकरणों में वस्तुतः सभी सर्किट संयोजन और अनुक्रमिक तर्क का मिश्रण हैं।
अनुक्रमिक तर्क के साथ एक उपकरण का एक परिचित उदाहरण चैनल अप और चैनल डाउन बटन के साथ एक टीवी सेट है।[1] अप बटन दबाने से टेलीविजन को एक इनपुट मिलता है जो यह बताता है कि वर्तमान में प्राप्त हो रहे चैनल के ऊपर अगले चैनल पर स्विच करना है। यदि टेलीविजन चैनल 5 पर है, तो अप को दबाने पर वह चैनल 6 प्राप्त करने के लिए स्विच हो जाता है। हालांकि, यदि टेलीविजन चैनल 8 पर है, तो अप को दबाने से वह चैनल 9 पर स्विच हो जाता है। चैनल चयन को सही ढंग से संचालित करने के लिए, टेलीविजन को पता होना चाहिए कि वह वर्तमान में कौन सा चैनल प्राप्त कर रहा है, जो कि पिछले चैनल चयनों द्वारा निर्धारित किया गया था।[1] टेलीविजन वर्तमान चैनल को अपने राज्य (कंप्यूटर विज्ञान) के हिस्से के रूप में संग्रहीत करता है। जब एक चैनल अप या चैनल डाउन इनपुट दिया जाता है, तो चैनल चयन सर्किट्री का अनुक्रमिक तर्क इनपुट और वर्तमान चैनल से नए चैनल की गणना करता है।
डिजिटल अनुक्रमिक लॉजिक सर्किट को सिंक्रोनस लॉजिक और [[अतुल्यकालिक तर्क]] प्रकारों में विभाजित किया गया है। तुल्यकालिक अनुक्रमिक सर्किट में, घड़ी संकेत के जवाब में डिवाइस की स्थिति केवल असतत समय पर बदलती है। अतुल्यकालिक सर्किट में डिवाइस की स्थिति बदलते इनपुट के जवाब में किसी भी समय बदल सकती है।
तुल्यकालिक अनुक्रमिक तर्क
लगभग सभी अनुक्रमिक तर्क आज क्लॉक या सिंक्रोनस लॉजिक हैं। एक तुल्यकालिक सर्किट में, एक इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला जिसे क्लॉक (या घड़ी जनरेटर) कहा जाता है, दोहराए जाने वाले दालों का एक क्रम उत्पन्न करता है जिसे क्लॉक सिग्नल कहा जाता है जो सर्किट में सभी मेमोरी तत्वों को वितरित किया जाता है। सिंक्रोनस लॉजिक में मूल मेमोरी तत्व फ्लिप-फ्लॉप (इलेक्ट्रॉनिक्स)|फ्लिप-फ्लॉप है। प्रत्येक फ्लिप-फ्लॉप का आउटपुट केवल तब बदलता है जब क्लॉक पल्स द्वारा ट्रिगर किया जाता है, इसलिए पूरे सर्किट में लॉजिक सिग्नल में परिवर्तन एक ही समय में, नियमित अंतराल पर, क्लॉक द्वारा सिंक्रनाइज़ किए जाते हैं।
किसी भी समय सर्किट में सभी भंडारण तत्वों (फ्लिप-फ्लॉप) का आउटपुट, उनमें मौजूद बाइनरी डेटा, सर्किट की स्थिति (कंप्यूटर विज्ञान) कहलाता है। सिंक्रोनस सर्किट की स्थिति केवल क्लॉक पल्स पर बदलती है। प्रत्येक चक्र पर, अगली स्थिति वर्तमान स्थिति और घड़ी की पल्स होने पर इनपुट संकेतों के मूल्य द्वारा निर्धारित की जाती है।
तुल्यकालिक तर्क का मुख्य लाभ इसकी सरलता है। लॉजिक गेट्स जो डेटा पर संचालन करते हैं, उनके इनपुट में परिवर्तनों का जवाब देने के लिए सीमित समय की आवश्यकता होती है। इसे प्रसार विलंब कहा जाता है। क्लॉक पल्स के बीच का अंतराल काफी लंबा होना चाहिए ताकि सभी लॉजिक गेट्स के पास परिवर्तनों का जवाब देने का समय हो और अगली क्लॉक पल्स होने से पहले उनके आउटपुट स्थिर लॉजिक वैल्यू में व्यवस्थित हो जाएं। जब तक यह स्थिति पूरी होती है (कुछ अन्य विवरणों को अनदेखा करते हुए) सर्किट को स्थिर और भरोसेमंद होने की गारंटी है। यह सिंक्रोनस सर्किट की अधिकतम ऑपरेटिंग गति निर्धारित करता है।
सिंक्रोनस लॉजिक के दो मुख्य नुकसान हैं:
- अधिकतम संभव घड़ी की दर सर्किट में सबसे धीमे तर्क पथ द्वारा निर्धारित की जाती है, अन्यथा इसे महत्वपूर्ण पथ के रूप में जाना जाता है। प्रत्येक तार्किक गणना, सबसे सरल से सबसे जटिल तक, एक घड़ी चक्र में पूरी होनी चाहिए। तो तर्क पथ जो अपनी गणनाओं को जल्दी से पूरा करते हैं, ज्यादातर समय निष्क्रिय रहते हैं, अगली घड़ी की पल्स का इंतजार करते हैं। इसलिए, सिंक्रोनस लॉजिक एसिंक्रोनस लॉजिक से धीमा हो सकता है। सिंक्रोनस सर्किट को गति देने का एक तरीका जटिल परिचालनों को कई सरल परिचालनों में विभाजित करना है जो क्रमिक घड़ी चक्रों में किया जा सकता है, एक तकनीक जिसे पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) के रूप में जाना जाता है। इस तकनीक का माइक्रोप्रोसेसर डिजाइन में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है और आधुनिक प्रोसेसर के प्रदर्शन को बेहतर बनाने में मदद करता है।
- क्लॉक सिग्नल सर्किट में प्रत्येक फ्लिप-फ्लॉप को वितरित किया जाना चाहिए। चूंकि घड़ी आमतौर पर एक उच्च-आवृत्ति संकेत है, यह वितरण अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में बिजली की खपत करता है और बहुत अधिक गर्मी को नष्ट कर देता है। यहां तक कि फ्लिप-फ्लॉप जो कुछ भी नहीं कर रहे हैं, थोड़ी मात्रा में बिजली की खपत करते हैं, जिससे चिप में बेकार गर्मी पैदा होती है। बैटरी चालित उपकरणों में, उपयोग करने योग्य बैटरी जीवन को बनाए रखने के लिए घड़ी की गति को कम करने या अस्थायी रूप से घड़ी को बंद करने के लिए अतिरिक्त हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर जटिलता की आवश्यकता होती है।
अतुल्यकालिक अनुक्रमिक तर्क
अतुल्यकालिक अनुक्रमिक तर्क एक घड़ी संकेत द्वारा सिंक्रनाइज़ नहीं किया जाता है; इनपुट में परिवर्तन के जवाब में सर्किट के आउटपुट सीधे बदलते हैं। एसिंक्रोनस लॉजिक का लाभ यह है कि यह सिंक्रोनस लॉजिक से तेज हो सकता है, क्योंकि सर्किट को इनपुट को प्रोसेस करने के लिए क्लॉक सिग्नल का इंतजार नहीं करना पड़ता है। डिवाइस की गति संभावित रूप से उपयोग किए गए तर्क द्वार्स के प्रसार विलंब से ही सीमित है।
हालाँकि, एसिंक्रोनस लॉजिक को डिज़ाइन करना अधिक कठिन है और सिंक्रोनस डिज़ाइन में नहीं आने वाली समस्याओं के अधीन है। मुख्य समस्या यह है कि डिजिटल स्मृति तत्व उनके इनपुट संकेतों के आने के क्रम के प्रति संवेदनशील होते हैं; यदि दो सिग्नल एक फ्लिप-फ्लॉप (इलेक्ट्रॉनिक्स)|फ्लिप-फ्लॉप या लैच पर लगभग एक ही समय पर आते हैं, तो सर्किट किस स्थिति में जाता है, यह इस बात पर निर्भर कर सकता है कि कौन सा सिग्नल पहले गेट पर जाता है। इसलिए, लॉजिक गेट्स के प्रसार विलंब में छोटे अंतर के आधार पर, सर्किट गलत स्थिति में जा सकता है। इसे दौड़ की स्थिति कहा जाता है। यह समस्या सिंक्रोनस सर्किट में उतनी गंभीर नहीं है क्योंकि मेमोरी एलिमेंट्स के आउटपुट केवल प्रत्येक क्लॉक पल्स में बदलते हैं। क्लॉक सिग्नल के बीच के अंतराल को इतना लंबा बनाया गया है कि स्मृति तत्वों के आउटपुट व्यवस्थित हो सकें ताकि अगली घड़ी आने पर वे बदल न सकें। इसलिए, केवल समय संबंधी समस्याएं अतुल्यकालिक इनपुट के कारण होती हैं; अन्य सिस्टम से सर्किट में इनपुट जो क्लॉक सिग्नल के साथ सिंक्रोनाइज़ नहीं होते हैं।
अतुल्यकालिक अनुक्रमिक सर्किट आमतौर पर सिंक्रोनस सिस्टम के कुछ महत्वपूर्ण हिस्सों में उपयोग किए जाते हैं जहां गति प्रीमियम पर होती है, जैसे कि माइक्रोप्रोसेसर और अंकीय संकेत प्रक्रिया सर्किट के हिस्से।
एसिंक्रोनस लॉजिक का डिज़ाइन सिंक्रोनस लॉजिक से विभिन्न गणितीय मॉडल और तकनीकों का उपयोग करता है, और यह अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 Vai, M. Michael (2000). VLSI Design. CRC Press. p. 147. ISBN 0849318769.
- ↑ Cavanagh, Joseph (2006). Sequential Logic: Analysis and Synthesis. CRC Press. pp. ix. ISBN 0849375649.
- ↑ Lipiansky, Ed (2012). Electrical, Electronics, and Digital Hardware Essentials for Scientists and Engineers. Wiley. p. 8.39. ISBN 978-1118414545.
- ↑ Dally, William J.; Harting, R. Curtis (2012). Digital Design: A Systems Approach. Cambridge University Press. p. 291. ISBN 978-0521199506.
अग्रिम पठन
- Katz, R; Boriello, G. (2005). Contemporary Logic Design (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-201-30857-6.
- Kohavi, Zvi; Jha, Niraj K. (2009). Switching and Finite Automata Theory (3rd ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85748-2.
- Vasyukevich, V.O. (2009). "Asynchronous logic elements. Venjunction and sequention" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. — 118 p.
