రిస్క్ మరియు సిస్క్ ఎంబెడెడ్ ఆర్కిటెక్చర్ మధ్య వ్యత్యాసం

ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్ మార్కెట్లో లభించే చాలా ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తుల యొక్క గుండె మరియు ప్రధాన భాగం. ఇది ఇంజనీరింగ్ అమలు, దీనిలో హార్డ్‌వేర్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ను కలుస్తుంది. బయోమెట్రిక్ డోర్ లాక్స్, విమానాలు, కార్లు, పేస్ మేకర్స్ మొదలైన వాటిలో చిన్న కంప్యూటర్లతో కూడిన ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్స్ ప్రపంచం మన చుట్టూ ఉంది. ఈ వనరులు పరిమితం, చిన్న, స్మార్ట్ మరియు శక్తివంతమైన వ్యవస్థలు మన రోజువారీ పనులలో సహాయపడతాయి.

మన శరీరం ఎలా పనిచేస్తుందో, నాడీ వ్యవస్థలు, మెదడు మరియు బహుళ-పని సామర్థ్యం గురించి ఎప్పుడైనా ఆలోచించింది. మీరు ఈ ఫంక్షన్లన్నింటినీ మిళితం చేస్తే, మీరు బయోలాజికల్ ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్ యొక్క కఠినమైన చిత్రాన్ని పొందుతారు. మన మెదడు దాని పనితీరు యొక్క సంక్లిష్ట వివరాలను దాని లోపల జరుగుతుంది, కాని దానిని గరిష్ట సామర్థ్యానికి నియంత్రించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్స్‌లో ఉపయోగించే ప్రాసెసర్ లేదా కంట్రోలర్ కోసం అదే సంక్లిష్టత వెళుతుంది. అవి సంక్లిష్టమైన వివరాలను దాచిపెడతాయి మరియు పని చేయడానికి మాకు ఉన్నత-స్థాయి ఇంటర్‌ఫేస్‌ను అందిస్తాయి. సంగ్రహణ స్థాయి కోసం, ఉన్నత స్థాయి ప్రోగ్రామింగ్ భాషలో రెండు సంఖ్యలను జోడించే కోడ్ చిప్స్‌లోని రిజిస్టర్‌లు బిట్‌లను ఎలా నిర్వహిస్తుందో మరియు వినియోగదారుకు తిరిగి అవుట్‌పుట్‌ను ఎలా ఇస్తుందో వివరించవచ్చు.

ప్రాసెసర్ ఆర్కిటెక్చర్స్

సెంట్రల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్, మైక్రోప్రాసెసర్ మరియు మైక్రోకంట్రోలర్ రెండింటినీ సూచిస్తుంది, కంట్రోల్ యూనిట్ (సియు) మరియు అంకగణిత లాజికల్ యూనిట్ (ఎఎల్యు) సహాయంతో నిర్దిష్ట పనులను చేస్తుంది. RAM నుండి సూచనలు పంపిణీ చేయబడినందున, CPU దాని రెండు సహాయక యూనిట్ల సహాయంతో వేరియబుల్స్ సృష్టించడం ద్వారా మరియు విలువలు మరియు జ్ఞాపకశక్తిని కేటాయించడం ద్వారా పనిచేస్తుంది. CPU తన నిర్మాణ సహాయంతో ఈ చర్యను ఎలా చేస్తుందో తెలుసుకోవడం చాలా ముఖ్యం. మైక్రోకంట్రోలర్ ఎలా పనిచేస్తుందనే దాని గురించి మీరు మరింత తెలుసుకోవాలనుకుంటే, మీరు మైక్రోకంట్రోలర్ కథనం యొక్క ఈ ప్రాథమికాన్ని చదవవచ్చు.

ప్రతి CPU ప్రోగ్రామ్ మరియు డేటాను నిల్వ చేయడానికి దానితో అనుబంధించబడిన మెమరీని కలిగి ఉంటుంది. అవుట్పుట్ పొందడానికి ప్రోగ్రామ్ మరియు డేటా CPU తో కలిసి పనిచేస్తాయి. ప్రోగ్రామ్ సూచనలను అందిస్తుంది, అయితే డేటా పని చేయవలసిన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది. ప్రోగ్రామ్ మరియు డేటాను యాక్సెస్ చేయడానికి CPU బస్సులను ఉపయోగిస్తుంది, ఈ బస్సులు వైర్లు, మరింత ఖచ్చితంగా ఇవి ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డులలో మీరు చూసినట్లుగా వైర్ జాడలు. ఈ సంవత్సరాల్లో మైక్రోకంట్రోలర్లు మరియు మైక్రోప్రాసెసర్‌లు వివిధ నిర్మాణాలను అనుసరించడం ద్వారా అభివృద్ధి చెందాయి, అప్లికేషన్ లేదా డిజైన్ అవసరాల ఆధారంగా మైక్రోకంట్రోలర్ యొక్క ఎంపిక దానిలో ఉపయోగించే వాస్తుశిల్పం ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. ప్రసిద్ధ నిర్మాణాలను పరిశీలిద్దాం.

వాన్-న్యూమాన్ / ప్రిన్స్టన్ ఆర్కిటెక్చర్

ప్రోగ్రామ్ మరియు డేటాకు CPU యాక్సెస్ పొందే మార్గం, CPU యొక్క నిర్మాణం గురించి చెబుతుంది. ప్రోగ్రామ్ మరియు డేటాను యాక్సెస్ చేయడానికి ఇంతకు ముందు ఒకే బస్సును ఉపయోగించారు. ఈ రకమైన నిర్మాణాన్ని వాన్ న్యూమాన్ ఆర్కిటెక్చర్ లేదా మరింత సరళంగా ప్రిన్స్టన్ ఆర్కిటెక్చర్ అంటారు. కోడ్ మరియు డేటాను పొందటానికి ఒకే బస్సు అంటే, అవి ఒకదానికొకటి మార్గంలోకి రావడానికి మరియు CPU యొక్క ప్రాసెసింగ్ వేగాన్ని తగ్గించడానికి వస్తాయి, ఎందుకంటే ప్రతి ఒక్కరూ పొందడం పూర్తి చేయడానికి మరొకరు వేచి ఉండాల్సి ఉంటుంది. ఈ పరిమితిని వాన్-న్యూమాన్ అడ్డంకి పరిస్థితి అని కూడా అంటారు.

హార్వర్డ్ నిర్మాణం

ప్రక్రియను వేగవంతం చేయడానికి హార్వర్డ్ ఆర్కిటెక్చర్ ప్రతిపాదించబడింది. ఈ నిర్మాణంలో డేటా మరియు ప్రోగ్రామ్ కోసం ప్రత్యేక డేటా బస్సులు ఉన్నాయి. కాబట్టి ఈ నిర్మాణం నాలుగు బస్సుల వాడకాన్ని ప్రతిపాదించింది

1. CPU లోకి మరియు వెలుపల డేటాను తీసుకువెళ్ళే డేటా బస్సు యొక్క సమితి.
2. డేటాను యాక్సెస్ చేయడానికి చిరునామా బస్సు యొక్క సమితి.
3. CPU లోకి కోడ్ తీసుకువెళ్ళడానికి డేటా బస్ సమితి.
4. కోడ్‌ను యాక్సెస్ చేయడానికి చిరునామా బస్సు.

ప్రత్యేక చిరునామా బస్సు మరియు డేటా బస్సుల వాడకం CPU కి తక్కువ అమలు సమయం అని అర్ధం, అయితే ఇది నిర్మాణ రూపకల్పనలో సంక్లిష్టత ఖర్చుతో వస్తుంది. వాన్ న్యూమాన్ ఆర్కిటెక్చర్ కొంచెం సోమరితనం అనిపించవచ్చు కాని దాని సరళమైన డిజైన్ యొక్క ప్రయోజనం ఉంది.

CPU మరియు మెమరీ యూనిట్లు ఒకే స్థలాన్ని పంచుకున్నప్పుడు లేదా ర్యామ్ మరియు ROM ప్రాసెసింగ్ యూనిట్‌తో (ఆన్-చిప్) అంతర్నిర్మితమైనప్పుడు హార్వర్డ్ నిర్మాణాన్ని అమలు చేయడం చాలా సులభం, మైక్రోకంట్రోలర్‌లో దూరం మైక్రాన్లు మరియు మిల్లీమీటర్లలో ఉంటుంది. ఏదేమైనా, x86 IBM PC లలో ఉన్న ప్రాసెసింగ్ యూనిట్‌కు కోడ్‌ను కలిగి ఉన్న మెమరీ బాహ్యంగా ఉన్న చోట అదే నిర్మాణం అమలు చేయడం కష్టం. మదర్‌బోర్డులోని డేటా మరియు చిరునామా రెండింటికీ ప్రత్యేక వైర్ జాడల సమితి బోర్డును సంక్లిష్టంగా మరియు ఖరీదైనదిగా చేస్తుంది. ప్రాసెసర్ యొక్క ఉదాహరణతో దాన్ని అర్థం చేసుకుందాం.

వాన్-న్యూమాన్ ఆర్కిటెక్చర్ అమలు కోసం 64-బిట్ డేటా బస్ మరియు 32-బిట్ అడ్రస్ బస్సు కలిగిన ప్రాసెసర్‌కు సుమారు 100 బస్సులు (డేటా మరియు అడ్రస్ బస్‌కు 96 మరియు కంట్రోల్ సిగ్నల్స్ కోసం మరికొన్ని) అవసరం. అదే నిర్మాణం హార్వర్డ్ ఆర్కిటెక్చర్‌తో అమలు చేస్తే డబుల్ వైర్ జాడలకు సుమారు 200 ఖర్చవుతుంది, ప్రాసెసర్ నుండి పెద్ద సంఖ్యలో పిన్‌లు బయటకు వస్తాయి. PC మరియు వర్క్‌స్టేషన్ల కోసం అమలు చేయబడిన స్వచ్ఛమైన హార్వర్డ్ నిర్మాణాన్ని మనం చూడని అదే కారణం. బదులుగా, సవరించిన హార్వర్డ్ ఆర్కిటెక్చర్ ఉపయోగించబడుతుంది, దీనిలో ప్రోగ్రామ్ మరియు డేటాను వేరు చేయడానికి CPU కాష్ మెమరీతో మెమరీ సోపానక్రమం ఉపయోగించబడుతుంది. మెమరీ సోపానక్రమం ప్రక్రియల ప్రతిస్పందన సమయం యొక్క సోపానక్రమం ఆధారంగా నిల్వను వేరు చేస్తుంది.

ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ ఆర్కిటెక్చర్

ప్రోగ్రామ్ (కోడ్) సిస్టమ్ యొక్క మెమరీ (RAM) లోకి లోడ్ చేయబడినందున, ఇది డేటాపై పనిచేయడానికి CPU (మైక్రోప్రాసెసర్ మరియు మైక్రోకంట్రోలర్ రెండింటినీ సూచిస్తుంది) చేత పొందబడుతుంది, మేము కుక్కకు శిక్షణ ఇచ్చేటప్పుడు సూచనలు ఇచ్చినప్పుడు ఇది చాలా పోలి ఉంటుంది కొన్ని చర్యలు మరియు ఆదేశాలు. కొన్ని ట్రాన్సిస్టర్‌లపై ఆ సూచనలు పనిచేస్తున్నందున అది జరిగేలా చేయడానికి ఒక లాజిక్ స్థాయి నుండి మరొకదానికి వెళుతుంది. కాబట్టి ప్రాథమికంగా సూచనల సహాయంతో మానవ ప్రోగ్రామర్ ప్రాసెసర్‌తో కమ్యూనికేట్ చేస్తుంది. ప్రతి CPU కి దాని స్వంత బోధనా సమితి ఉంది, దాని నిర్మాణం మరియు సామర్థ్యాల ఆధారంగా సూచనల సమాహారం.

CPU ఈ సూచనలను 0 మరియు 1 కలయికలో అర్థం చేసుకుంటుంది, వీటిని ఆప్కోడ్ అని కూడా పిలుస్తారు. మానవ ప్రోగ్రామర్ కోసం, CPU తో అనుబంధించబడిన ప్రతి సూచనల కోసం 0 మరియు 1 ల కలయికను గుర్తుంచుకోవడం నిజంగా కష్టం. మానవ ప్రోగ్రామర్ యొక్క పనిని సులభతరం చేయడానికి, మాకు ఈ సూచనల యొక్క ఉన్నత-స్థాయి ఇంటర్‌ఫేస్‌లు అందించబడతాయి మరియు కంపైలర్ వాటిని ప్రాసెసింగ్ కోసం 0 మరియు 1 రూపంలో మారుస్తుంది. ప్రతి CPU యొక్క ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్లో, ఇది అర్థం చేసుకోగలిగే పరిమిత సంఖ్యలో సూచనలను కలిగి ఉంది.

CPU యొక్క పనితీరు

CPU యొక్క పనితీరుకు సంబంధించిన CPU యొక్క క్లాక్ రేట్ అనే పదాన్ని మీరు విన్నాను. CPU యొక్క సాధారణంగా 25 GHz క్లాక్ రేట్ వంటి MHz (మెగా-హెర్ట్జ్) లేదా GHz (గిగా-హెర్ట్జ్) లో గడియార రేటు ఉంటుంది. గడియారపు రేటుతో అనుబంధించబడిన సంఖ్య CPU లోపల గడియారం సెకనుకు చక్రాలలో ఎన్నిసార్లు ఉందో చెబుతుంది. గడియారం రేటు యొక్క ప్రాక్టికాలిటీని CPU యొక్క గడియార చక్రాల ఆధారంగా సూచనలు నిర్వహిస్తారని అర్థం చేసుకోవచ్చు, ఇది ఒక సమయంలో CPU అమలు చేయగల ప్రోగ్రామ్‌ల సంఖ్యకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

CPU యొక్క పనితీరు ప్రోగ్రామ్‌లో వ్రాయబడిన సూచనల సంఖ్య, ఎక్కువ సూచనలు, వాటిని నిర్వహించడానికి CPU తీసుకునే ఎక్కువ సమయం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇది ప్రతి సూచనను అమలు చేసే గడియార చక్రాల సంఖ్యపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది, కొన్ని సూచనలకు ఇతరులకన్నా ఎక్కువ గడియార చక్రాలు అమలు కావాలి, కాబట్టి అవి CPU యొక్క పనితీరును మందగిస్తాయి. ఒక ప్రోగ్రామ్‌లోని సూచనలు మరియు ప్రతి సూచనలను నిర్వహించడానికి అవసరమైన చక్రాలు ఒకదానికొకటి విలోమానుపాతంలో ఉంటాయి. ఒకదాన్ని మార్చడం మరొకదాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. సిపియు పరిశ్రమ విభజించబడిన పాయింట్ ఇది.

RISC మరియు CISC ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ ఆర్కిటెక్చర్

ఒక ప్రోగ్రామ్ యొక్క అమలు మరియు CPU యొక్క పనితీరు పైన పేర్కొన్న విధంగా ఒక ప్రోగ్రామ్‌లోని సూచనల సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది, దీనిలో సూచనల సెట్‌లో భాగంగా నిర్దిష్ట CPU కి సూచనలు ప్రతిపాదించబడతాయి మరియు రెండవ అంశం గడియార చక్రాల సంఖ్య ఇది ప్రతి సూచన అమలు అవుతుంది. ఈ రెండు కారకాల ఆధారంగా ప్రస్తుతం రెండు ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ అందుబాటులో ఉంది. వీటిలో మొట్టమొదటిది కాంప్లెక్స్ ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ కంప్యూటింగ్ (CISC), మరొకటి తగ్గిన ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ కంప్యూటింగ్ (RISC). RIC మరియు CISC ఆర్కిటెక్చర్ మధ్య వ్యత్యాసాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ ప్రతి నిర్మాణాన్ని వివరంగా చర్చిద్దాం.

కాంప్లెక్స్ ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ కంప్యూటింగ్ (CISC)

CISC అంటే కాంప్లెక్స్ ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ కంప్యూటింగ్. CISC యొక్క ప్రధాన ఉద్దేశ్యం ఒక ప్రోగ్రామ్ అమలు చేసే సూచనల సంఖ్యను తగ్గించడం, చిరునామా మోడ్, లోడింగ్ మొదలైన అనేక సాధారణ సూచనలను కలపడం ద్వారా మరియు ఒకే సంక్లిష్ట సూచనలను రూపొందించడం ద్వారా ఇది జరుగుతుంది. CISC సూచనల అమలు ఒక క్లాక్ సైకిల్ కంటే ఎక్కువ సమయం తీసుకునే కొన్ని ప్రత్యేక సూచనలను సాధారణ బోధనా వరుస అలాగే ఉన్నాయి. CISC సూచనలు రిజిస్టర్ల జోక్యం లేకుండా నేరుగా మెమరీపై పని చేయగలవు, అంటే విలువలను లోడ్ చేయడం మరియు మెమరీ అవసరం (RAM) వంటి కొన్ని ప్రాథమిక సూచనల అవసరాన్ని ఇది తొలగిస్తుంది. CISC సూచనలు సాఫ్ట్‌వేర్ కంటే హార్డ్‌వేర్‌పై ఎక్కువ ప్రాధాన్యతనిస్తాయి, అంటే కంపైలర్‌లపై లోడ్ పెట్టడానికి బదులుగా,సూచనలను డీకోడ్ చేయడానికి మరియు అమలు చేయడానికి CISC ట్రాన్సిస్టర్‌లను హార్డ్‌వేర్‌గా ఉపయోగిస్తుంది. ఏదేమైనా, బోధన సంక్లిష్టమైనది మరియు బహుళ దశలను కలిగి ఉన్నందున, అవి ఎక్కువ సంఖ్యలో గడియార చక్రాలలో అమలు చేయబడతాయి.

మీరు పుస్తకాన్ని తెరిచి 3 ^వ అధ్యాయం యొక్క 2 ^వ పేజీని చదవమని చెప్పినప్పుడు సంబంధం ఉన్న ఒక సాధారణ సారూప్యత. ఈ కార్యకలాపాల శ్రేణిలో, పేజీని 3 వ అధ్యాయానికి మార్చడం కంటే మీ బ్యాగ్ నుండి పుస్తకాన్ని కనుగొనడం మరియు తరువాత అధ్యాయం యొక్క 2 ^వ పేజీకి వెళ్లి చదవడం ప్రారంభించడం వంటి బహుళ దశలను మీరు చేస్తారు. ఒక దశ యొక్క శ్రేణి 44 వ పఠనం యొక్క ఒకే సూచనలో కలిపి ఉంటే (ఇది 3 ^వ అధ్యాయం యొక్క 2 ^వ పేజీ సంఖ్య), మనకు CISC సూచన వస్తుంది.

తగ్గిన ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ కంప్యూటింగ్ (RISC)

మొట్టమొదటి ఇంటిగ్రేటెడ్ చిప్‌ను జాక్ కిల్బీ 1958 లో రూపొందించారు, ఇది ఓసిలేటర్ మరియు 1970 లో మొదటి వాణిజ్య మైక్రోప్రాసెసర్ ఇంటెల్ నుండి వచ్చింది. ప్రాసెసర్ల ప్రారంభంలో CISC లేదు. కానీ భారీ కంప్యూటింగ్ డిమాండ్లతో CISC నిర్మాణం మరింత క్లిష్టంగా మరియు నిర్వహించడానికి కష్టంగా మారింది. RISC అని పిలువబడే CISC నిర్మాణం యొక్క మొత్తం పున es రూపకల్పన IBM నుండి జాన్ కోక్ చేత వచ్చింది. ఈ విధంగా రెండు నిర్మాణాల మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి RISC మరియు CISC అనే పదాలు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి.

RISC అంటే తగ్గిన ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ కంప్యూటింగ్. RISC యొక్క ప్రధాన ఉద్దేశ్యం సూచనల పరిమాణం మరియు అమలులో ఏకరూపతను ప్రవేశపెట్టడం. ఇది ఒక చక్రానికి ఒక సూచనగా అమలు చేయగల సరళమైన బోధనా సమితిని ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా జరిగింది, ఇది వివిధ సూచనలలోకి లోడ్ చేయడం మరియు నిల్వ చేయడం వంటి సంక్లిష్ట సూచనలను విచ్ఛిన్నం చేయడం ద్వారా జరుగుతుంది, ఇక్కడ ప్రతి సూచన అమలు చేయడానికి ఒక గడియార చక్రం పడుతుంది. RISC నిర్మాణం ఒకే క్లాక్ సైకిల్లో అమలు చేసే అదే పరిమాణంలో సాధారణ సూచనలను ఉన్నాయి. ప్రతి సూచనలను రిజిస్టర్లలో లోడ్ చేస్తున్నందున విలువలను కలిగి ఉండటానికి RISC ఆధారిత యంత్రాలకు CISC కన్నా ఎక్కువ RAM అవసరం. ప్రతి చక్రానికి ఒకే సూచనల అమలు RISC ఆధారిత యంత్రాలకు పైప్‌లైనింగ్ ప్రయోజనాన్ని ఇస్తుంది(పైప్‌లైనింగ్ అనేది మొదటి సూచనను అమలు చేయడానికి ముందు తదుపరి సూచనలను లోడ్ చేసే ప్రక్రియ, ఇది అమలు సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది). RISC నిర్మాణం నొక్కి చెబుతుంది