बिट टुकड़ा करना

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This article is about the processor construction technique. For bit slicing as bit plane separation used in computer graphics and image processing, see bit-plane.
Computer architecture bit widths
Bit
Application
Binary floating-point precision
Decimal floating-point precision

बिट स्लाइसिंग शब्द की लंबाई बढ़ाने के उद्देश्य से छोटी बिट चौड़ाई के प्रोसेसर के मॉड्यूल से प्रोसेसर (कंप्यूटिंग) बनाने की एक तकनीक है; सैद्धांतिक रूप से एक मनमाना एन-बिट सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) बनाना। इनमें से प्रत्येक घटक मॉड्यूल एक ओपेरंड के एक बिट फ़ील्ड या स्लाइस को संसाधित करता है। समूहीकृत प्रसंस्करण घटकों में किसी दिए गए सॉफ़्टवेयर डिज़ाइन के चुने हुए पूर्ण शब्द (कंप्यूटर वास्तुकला) | शब्द-लंबाई को संसाधित करने की क्षमता होगी।

माइक्रोप्रोसेसर के आगमन के कारण बिट स्लाइसिंग लगभग समाप्त हो गई। हाल ही में इसका उपयोग एक कंप्यूटर जितना ों के लिए अंकगणित तर्क इकाइयों (एएलयू) में और एक सॉफ्टवेयर तकनीक के रूप में किया गया है, उदाहरण के लिए x86 सीपीयू में क्रिप्टोग्राफी के लिए।[1]


परिचालन विवरण

बिट-स्लाइस प्रोसेसर (बीएसपी) में आमतौर पर 1-बिट कंप्यूटिंग|1-, 2-बिट कंप्यूटिंग|2-, 4-बिट कंप्यूटिंग|4-, 8-बिट कंप्यूटिंग|8- या 16-बिट कंप्यूटिंग|16-बिट शामिल होती है। अंकगणितीय तर्क इकाई (एएलयू) और नियंत्रण रेखाएं (कैरी (अंकगणित) या अंकगणितीय अतिप्रवाह सिग्नल सहित जो गैर-बिटस्लाइस्ड केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई डिजाइन में प्रोसेसर के आंतरिक हैं)।

उदाहरण के लिए, 8-बिट ALU बनाने के लिए, दो 4-बिट ALU चिप्स को उनके बीच नियंत्रण रेखाओं के साथ एक साथ व्यवस्थित किया जा सकता है (परिणाम दो की शक्ति की आवश्यकता नहीं है, उदाहरण के लिए तीन 1-बिट इकाइयाँ 3-बिट बना सकती हैं) एएलयू,[2]इस प्रकार 3-बिट (या एन-बिट) सीपीयू, जबकि 3-बिट, या अधिक विषम संख्या वाले बिट्स वाला कोई भी सीपीयू, मात्रा में निर्मित और बेचा नहीं गया है)। 16-बिट ALU बनाने के लिए चार 4-बिट ALU चिप्स का उपयोग किया जा सकता है। 32-बिट वर्ड ALU बनाने में आठ चिप्स लगेंगे। डिज़ाइनर लंबी शब्द लंबाई में हेरफेर करने के लिए आवश्यकतानुसार कई स्लाइस जोड़ सकता है।

घटक ALUs के कार्य को विनियमित करने के लिए डेटा और नियंत्रण सिग्नल प्रदान करने के लिए तर्क निष्पादित करने के लिए एक माइक्रोसीक्वेंसर या नियंत्रण ROM का उपयोग किया जाएगा।

ज्ञात बिट-स्लाइस माइक्रोप्रोसेसर:

  • 2-बिट स्लाइस:
    • इंटेल 3000 परिवार (1974, अब बंद), उदा. इंटेल 3001 के साथ इंटेल 3002, सिग्नेटिक्स और इंटरसिल द्वारा दूसरा स्रोत[3]** सिग्नेटिक्स 8X02 परिवार (1977, अब बंद)[4]* 4-बिट स्लाइस:
    • राष्ट्रीय सेमीकंडक्टर IMP परिवार, जिसमें मुख्य रूप से IMP-00A/520 RALU (MM5750 के रूप में भी जाना जाता है) और विभिन्न मास्क्ड ROM माइक्रोकोड और कंट्रोल चिप्स (CROMs, जिन्हें MM5751 भी कहा जाता है) शामिल हैं।
      • नेशनल जीपीसी/पी/आईएमपी-4 (1973),[5]रॉकवेल सेमीकंडक्टर द्वारा दूसरा स्रोत
      • नेशनल आईएमपी-8, आईएमपी चिपसेट पर आधारित एक 8-बिट प्रोसेसर, जिसमें दो आरएएलयू चिप्स और एक सीआरओएम चिप का उपयोग किया जाता है।
      • नेशनल आईएमपी-16, आईएमपी चिपसेट पर आधारित एक 16-बिट प्रोसेसर, जैसे। एक IMP16A/521D और IMP16A/522D CROM चिप्स के साथ चार RALU चिप्स (अतिरिक्त वैकल्पिक CROM चिप्स निर्देश सेट जोड़ प्रदान कर सकते हैं)
    • AMD Am2900 परिवार (1975), उदा. एएम2901, एएम2901ए,[6]चूसना 03[6]** अखंड यादें 5700/6700 परिवार (1974)[7][8][9][10]जैसे एमएमआई 5701 / एमएमआई, आईटीटी सेमीकंडक्टर्स द्वारा दूसरा स्रोत
  • टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स SN74181 एसबीपी0400 (1975) और एसबीपी0401, 16 बिट्स तक कैस्केडेबल
    • टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स एसएन74181 (1970)
    • टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स 7400-श्रृंखला एकीकृत सर्किट की सूची#74281 7400-श्रृंखला एकीकृत सर्किट की सूची#74282 के साथ
    • टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स 7400-श्रृंखला एकीकृत सर्किट की सूची#74481, 7400-श्रृंखला एकीकृत सर्किट की सूची#74482 (1976) के साथ[11]** फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर 33705[6]** फेयरचाइल्ड 9400 (मैक्रोलॉजिक), फेयरचाइल्ड 4700
    • MOTOROLA एम10800 परिवार (1979),[12]जैसे मोटोरोला MC10800[6]** रेथियॉन आरपी-16, एक 16-बिट प्रोसेसर जिसमें सात एकीकृत सर्किट होते हैं, जिसमें चार RALU चिप्स और तीन CROM चिप्स का उपयोग किया जाता है।
  • 8-बिट स्लाइस:
    • चार-चरण प्रणाली AL1 (1969, जिसे वाणिज्यिक उत्पाद में उपयोग किया जाने वाला पहला माइक्रोप्रोसेसर माना जाता है, अब बंद कर दिया गया है)
    • टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स SN74AS888|SN54AS888 / SN74AS888
    • फेयरचाइल्ड 100K[6]** ड्रेसडेन माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स सेंटर U830C [de][13][14][15](1978/1981), 32 बिट तक कैस्केडेबल
  • 16-बिट स्लाइस:


ऐतिहासिक आवश्यकता

बिट स्लाइसिंग, हालांकि उस समय इसे नहीं कहा जाता था, [[बड़े पैमाने पर एकीकरण]]|बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट (एलएसआई, आज के बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण, या बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण सर्किट के पूर्ववर्ती) से पहले कंप्यूटर में भी उपयोग किया जाता था। . पहली बिट-स्लाइस मशीन EDSAC 2 थी, जिसे 1956-1958 में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय की गणितीय प्रयोगशाला में बनाया गया था।

1970 के दशक के मध्य और 1980 के दशक के उत्तरार्ध से पहले इस बात पर कुछ बहस थी कि किसी दिए गए कंप्यूटर सिस्टम को कार्यशील बनाने के लिए बस की चौड़ाई कितनी आवश्यक है। सिलिकॉन चिप प्रौद्योगिकी और हिस्से आज की तुलना में बहुत अधिक महंगे थे। कई सरल और इस प्रकार कम महंगे उपयोग से, ALU को लागत प्रभावी तरीके से कंप्यूटिंग शक्ति बढ़ाने के एक तरीके के रूप में देखा गया था। जबकि उस समय 32-बिट माइक्रोप्रोसेसरों पर चर्चा हो रही थी, कुछ उत्पादन में थे।

UNIVAC 1100 श्रृंखला मेनफ्रेम (सबसे पुरानी श्रृंखला में से एक, जो 1950 के दशक में शुरू हुई थी) में 36-बिट आर्किटेक्चर है, और 1979 में पेश किए गए 1100/60 में नौ मोटोरोला MC10800 4-बिट ALU का उपयोग किया गया था।[12]आधुनिक एकीकृत सर्किट का उपयोग करते समय आवश्यक शब्द चौड़ाई को लागू करने के लिए चिप्स।[16]

उस समय 16-बिट प्रोसेसर आम थे लेकिन महंगे थे, और 8-बिट प्रोसेसर, जैसे कि Z80, उभरते होम-कंप्यूटर बाजार में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते थे।

बिट-स्लाइस उत्पादों का उत्पादन करने के लिए घटकों के संयोजन से इंजीनियरों और छात्रों को कस्टम-कॉन्फ़िगर किए जा सकने वाले ऑफ-द-शेल्फ घटकों का उपयोग करके अधिक उचित लागत पर अधिक शक्तिशाली और जटिल कंप्यूटर बनाने की अनुमति मिली। जब ALU का विवरण पहले से ही निर्दिष्ट (और डिबग किया गया) था तो एक नया कंप्यूटर आर्किटेक्चर बनाने की जटिलताएँ बहुत कम हो गईं।

मुख्य लाभ यह था कि बिट स्लाइसिंग ने छोटे प्रोसेसर में द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर का उपयोग करना आर्थिक रूप से संभव बना दिया, जो एनएमओएस तर्क या सीएमओएस ट्रांजिस्टर की तुलना में बहुत तेजी से स्विच करता है। इससे जहां गति की आवश्यकता थी, वहां घड़ी की दर बहुत अधिक हो गई – उदाहरण के लिए, अंकीय संकेत प्रक्रिया फ़ंक्शंस या मैट्रिक्स परिवर्तन के लिए – या, ज़ेरॉक्स ऑल्टो की तरह, लचीलेपन और गति का संयोजन, इससे पहले कि अलग-अलग सीपीयू इसे वितरित करने में सक्षम थे।

आधुनिक उपयोग

नॉन-बिट-स्लाइस हार्डवेयर पर सॉफ़्टवेयर का उपयोग

हाल के दिनों में, मैथ्यू क्वान द्वारा बिट स्लाइसिंग शब्द का पुन: उपयोग किया गया था[17]एकल-निर्देश एकाधिक-डेटा (SIMD) संचालन करने के लिए सामान्य तर्क निर्देशों का उपयोग करके कई समानांतर सरल आभासी मशीनों को लागू करने के लिए एक सामान्य-उद्देश्य सीपीयू का उपयोग करने की तकनीक का उल्लेख करना। इस तकनीक को रजिस्टर के भीतर SIMD (SWAR) के रूप में भी जाना जाता है।

यह शुरुआत में एली बिहाम के 1997 के लेख ए फास्ट न्यू डेस इंप्लीमेंटेशन इन सॉफ्टवेयर के संदर्भ में था,[18]जिसने इस पद्धति का उपयोग करके डेटा एन्क्रिप्शन मानक के प्रदर्शन में महत्वपूर्ण लाभ हासिल किया।

बिट-स्लाइस्ड क्वांटम कंप्यूटर

सर्किट संरचना को सरल बनाने और क्वांटम कंप्यूटरों की हार्डवेयर लागत को कम करने के लिए (एमआईपीएस निर्देश सेट को चलाने का प्रस्ताव) 32-बिट रैपिड सिंगल-फ्लक्स-क्वांटम माइक्रोप्रोसेसरों के लिए 50 गीगाहर्ट्ज अतिचालकता 4-बिट बिट-स्लाइस अंकगणितीय तर्क इकाई (एएलयू) थी प्रदर्शन किया.[19]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Benadjila, Ryad; Guo, Jian; Lomné, Victor; Peyrin, Thomas (2014-03-21) [2013-07-15]. "Implementing Lightweight Block Ciphers on x86 Architectures". Cryptology Archive. Report 2013/445. Archived from the original on 2017-08-17. Retrieved 2019-12-28.
  2. ↑ "How to Create a 1-bit ALU". www.cs.umd.edu. Archived from the original on 2017-05-08. […] Here's how you would put three 1-bit ALU to create a 3-bit ALU […]
  3. ↑ "3002 - The CPU Shack Museum". cpushack.com. Retrieved 2017-11-05.
  4. ↑ "Technology Leadership - Bipolar Microprocessor" (PDF). Signetics. S2.95. Retrieved 2021-10-11.
  5. ↑ "IMP-4 - National Semiconductor". en.wikichop.org. Retrieved 2017-11-05.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 Klar, Rainer (1989) [1988-10-01]. "5.2 Der Mikroprozessor, ein Universal-Rechenautomat". Digitale Rechenautomaten – Eine Einführung in die Struktur von Computerhardware [Digital Computers – An Introduction into the structure of computer hardware]. Sammlung Göschen (in Deutsch). Vol. 2050 (4th reworked ed.). Berlin, Germany: Walter de Gruyter & Co. p. 198. ISBN 3-11011700-2. (320 pages)
  7. ↑ "6701 - The CPU Shack Museum". cpushack.com. Retrieved 2017-11-05.
  8. ↑ "5700/6700 - Monolithic Memories". en.wikichip.org. Retrieved 2017-11-05.
  9. ↑ "File:MMI 5701-6701 MCU (August, 1974).pdf" (PDF). en.wikichip.org. Retrieved 2017-11-05.
  10. ↑ "5701/6701 4-Bit Expandable Bipolar Microcontroller Aug74" (PDF). Retrieved 2021-05-24.
  11. ↑ "SN74S481". The CPU Shack Museum. Retrieved 2017-11-05.
  12. ↑ 12.0 12.1 Mueller, Dieter (2012). "The MC10800". 6502.org. Archived from the original on 2018-07-18. Retrieved 2017-11-05.
  13. ↑ Kurth, Rüdiger; Groß, Martin; Hunger, Henry, eds. (2021-09-27) [2006]. "Integrierte Schaltkreise" [Integrated Circuits]. robotrontechnik.de (in Deutsch). Archived from the original on 2021-12-03. Retrieved 2021-12-07.
  14. ↑ Oppelt, Dirk (2016). "Eastern Bloc DEC PDP". cpu-collection.de. Nuremberg, Germany. Archived from the original on 2016-08-09. Retrieved 2021-12-07.
  15. ↑ Salomon, Peter (2007-06-25). "Einsatzgebiete des U830C und Chipsatz" [Applications of the U830C and chipset]. Robotrontechnik-Forum (in Deutsch). Archived from the original on 2019-11-10. Retrieved 2021-12-07.
  16. ↑ "Computers Sperry Univac 1100/60 System" (PDF). Delran, NJ, USA: Datapro Research Corporation. January 1983. 70C-877-12. Retrieved 2021-10-11.
  17. ↑ "Bitslice DES". darkside.com.au. Retrieved 2017-11-05.
  18. ↑ Biham, Eli (1997). "A Fast New DES Implementation in Software". cs.technion.ac.il. Retrieved 2017-11-05.
  19. ↑ Tang, Guang-Ming; Takata, Kensuke; Tanaka, Masamitsu; Fujimaki, Akira; Takagi, Kazuyoshi; Takagi, Naofumi (January 2016) [2015-12-09]. "4-bit Bit-Slice Arithmetic Logic Unit for 32-bit RSFQ Microprocessors". IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 26 (1): 2507125. Bibcode:2016ITAS...2607125T. doi:10.1109/TASC.2015.2507125. S2CID 25478156. 1300106. […] 4-bit bit-slice arithmetic logic unit (ALU) for 32-bit rapid single-flux-quantum microprocessors was demonstrated. The proposed ALU covers all of the ALU operations for the MIPS32 instruction set. […] It consists of 3481 Josephson junctions with an area of 3.09 × 1.66 mm2. It achieved the target frequency of 50 GHz and a latency of 524 ps for a 32-bit operation, at the designed DC bias voltage of 2.5 mV […] Another 8-bit parallel ALU has been designed and fabricated with target processing frequency of 30 GHz […] To achieve comparable performance to CMOS parallel microprocessors operating at 2–3 GHz, 4-bit bit-slice processing should be performed with a clock frequency of several tens of gigahertz. Several bit-serial arithmetic circuits have been successfully demonstrated with high-speed clocks of above 50 GHz […]


अग्रिम पठन


बाहरी संबंध

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