👩🏼‍🌾 🆕 🍌 एएमडी के 1970 के दशक के Am2901 मल्टी-चिप अनुभागीय माइक्रोप्रोसेसर 🐴 🍖 ♒️

1970 के दशक के एएमडी एम 2901 मल्टी-चिप अनुभागीय माइक्रोप्रोसेसर के तहत,

आप उन्नत प्रोसेसर द्वारा निर्मित उन्नत प्रोसेसर से परिचित हो सकते हैं। लेकिन एएमडी ने 1975 में प्रोसेसर का उत्पादन शुरू किया जब उसने पहली बार अपना एम 2901 पेश किया। यह तथाकथित था मल्टी-चिप अनुभागीय प्रोसेसर: प्रत्येक चिप में 4 बिट्स संसाधित होते हैं, और शब्द का आकार बढ़ाने के लिए, कई चिप्स एक साथ उपयोग किए जाते थे। इस दृष्टिकोण का उपयोग 1970 और 1980 के दशक में 16, 32 या 64 बिट प्रोसेसर (उदाहरण के लिए) बनाने के लिए किया गया था, जब वे पूरे प्रोसेसर को एक तेज चिप पर नहीं रख सकते थे। एक ही चिप पर प्रोसेसर थे, लेकिन उनके एमओएसट्रांजिस्टर काम धीमा। समय के साथ, CMOS प्रोसेसर द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर प्रोसेसर की तुलना में तेज हो गया, और जब उनकी गति काफी बढ़ गई, लगभग सभी निर्माताओं ने उन्हें स्विच किया। एक Am2901 चिप के साथ एक क्रिस्टल की तस्वीर। चिप की धातु की परतें दिखाई देती हैं; सबसे नीचे सिलिकॉन है। क्रिस्टल के किनारों पर, छोटे कंडक्टर चिप को बाहरी संपर्कों से जोड़ते हैं।

Am2901 चिप ने बहुत लोकप्रियता हासिल की, इसका उपयोग विभिन्न प्रकार की प्रणालियों में किया गया था, Battlezone वीडियो गेम से VAX-11/730 मिनीकंप्यूटर तक, F-16 फाइटर के Xerox Star वर्कस्टेशन से मैजिक 372 ऑन-बोर्ड कंप्यूटर तक। इस प्रोसेसर का एक तेज़ संस्करण, Am2901C, ने प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए एमिटर-कपल्ड लॉजिक (ESL) का उपयोग किया। इस लेख में, मैं Am2901C को विच्छेदित करता हूं, एक माइक्रोस्कोप के नीचे इसके क्रिस्टल की जांच करता हूं और समझाता हूं कि ईएसएल सर्किट एक अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU) को लागू करना कैसे संभव बनाते हैं।

वैसे, अटारी बैटलज़ोन के लिए प्रलेखन में Am2901 चिप के एक विशिष्ट मॉडल का उल्लेख नहीं है, हालांकि भाग संख्या 137004-001 के लिए एक फुटनोट है, जिसे वे "ट्रांजिस्टर सरणी" कहते हैं। इसके अलावा, चिप के दिए गए पिनआउट आरेख में जानबूझकर विकृतियां की गई थीं, और चिप की तरह दिखने के लिए 20 पता पिन और 8 डेटा पिन को ROM की तरह दिखाया गया है (इसके विपरीत, उदाहरण के लिए, 7400 श्रृंखला चिप्स बिल्कुल वर्णित)। अटारी ने कुछ प्रमुख चिप्स के मॉडल को छिपाकर अपने वीडियो गेम के क्लोनिंग को रोकने की कोशिश की हो सकती है।

कई माइक्रो कंप्यूटर में Am2901 के लिए एक लोकप्रिय विकल्प ALU 74181 चिप था । यह Am2901 के रूप में एक ही अंकगणित और तर्क कार्य प्रदान करता है, लेकिन इसके रजिस्टर नहीं।

मल्टी-चिप अनुभागीय माइक्रोप्रोसेसर

आप सोच रहे होंगे कि कितने प्रोसेसर चिप्स एक साथ काम कर सकते हैं और मनमानी लंबाई के शब्दों का समर्थन कर सकते हैं। लब्बोलुआब यह है कि माइक्रोप्रोसेसर खंड (एमएस) एक इमारत ईंट है, न कि पूरे प्रोसेसर, और इसे निर्देश को डिकोड करने और सिस्टम को नियंत्रित करने के लिए अलग सर्किट की आवश्यकता होती है। एमएस में रजिस्टर था, उन्होंने डेटा के साथ अंकगणित और तार्किक संचालन किया, और नियंत्रण चिप (जैसे कि Am2901) ने एमएस को बताया कि क्या करना है। प्रत्येक मशीन निर्देश को छोटे चरणों में विभाजित किया गया था, ROM माइक्रोकोड में संग्रहीत माइक्रो-निर्देश। इस मामले में, निर्देशों का सेट माइक्रोकोड द्वारा निर्धारित किया गया था, और Am2901 से नहीं, इसलिए निर्देशों के लगभग किसी भी सेट का समर्थन किया जा सकता है ।

इस तथ्य के कारण कि ऐसे प्रोसेसर में अनुभाग एक दूसरे से पूरी तरह से स्वतंत्र नहीं हैं, प्रोसेसर के संचालन के दौरान कुछ कठिनाइयां उत्पन्न होती हैं। उदाहरण के लिए, दो नंबर जोड़ते समय, एक सेक्शन से दूसरे में ट्रांसफर होना चाहिए। साथ ही, कई खंडों के संयुक्त कार्य के लिए ऑपरेशन की आवश्यकता होती है जैसे कि एक संकेत की जाँच करना या शून्य परिणाम की जाँच करना। इन कार्यों का समर्थन करने के लिए Am2901 चिप में विशेष आउटपुट हैं।

क्या Am2901 एक माइक्रोप्रोसेसर है? मेरे दृष्टिकोण से, Am2901 केवल प्रोसेसर का एक हिस्सा है, लेकिन यह सब "माइक्रोप्रोसेसर" का निर्धारण करने के तरीके पर निर्भर करता है (मैंने इस पर अपने विचारों को एक अलग लेख में विस्तार से वर्णित किया है)) दिलचस्प है, यूएसएसआर में वे यूएसए की तुलना में अनुभागीय माइक्रोप्रोसेसरों की ओर अधिक झुकाव रखते थे। और अगर पश्चिम में "माइक्रोप्रोसेसर" शब्द का अर्थ आमतौर पर एकल चिप पर एक प्रोसेसर होता है, तो यूएसएसआर प्रोसेसर में एक चिप पर या कई वर्गों से आमतौर पर अलग नहीं किया जाता है ।

मल्टी-चिप अनुभागीय माइक्रोप्रोसेसर (MSM) माइक्रोप्रोसेसर चिप्स और साधारण TTLs से बने कंप्यूटर के बीच में थे।चिप्स। उस समय, टीटीएल चिप्स से एक कंप्यूटर को असेंबल करना एक माइक्रोप्रोसेसर बनाने की तुलना में बहुत तेज था, लेकिन इसके लिए चिप्स के साथ बहुत सारे बोर्डों की आवश्यकता थी। एमएसएम के उपयोग ने गति में लाभ को बनाए रखने की अनुमति दी, जबकि उपयोग किए गए चिप्स की संख्या को कम किया। MSM ने माइक्रोप्रोसेसर की तुलना में अधिक लचीलापन प्रदान किया, जिससे डिजाइनर निर्देशों और अन्य वास्तुशिल्प विशेषताओं के सेट को अनुकूलित कर सके।

क्रिस्टल अवलोकन

नीचे दी गई तस्वीर Am2901 क्रिस्टल को दर्शाती है और प्रमुख कार्यात्मक ब्लॉकों को उजागर करती है। इस तस्वीर के लिए, मैंने धातु की परतों को हटा दिया ताकि सिलिकॉन और ट्रांजिस्टर को देखा जा सके। चिप का सबसे बड़ा कार्यात्मक ब्लॉक केंद्र में रजिस्टर मेमोरी है। चिप में 16 4-बिट रजिस्टर हैं (आप मेमोरी कॉलम में 16 कॉलम और 4 पंक्तियाँ देख सकते हैं)। मेमोरी ब्लॉक के बाईं और दाईं ओर मेमोरी ड्राइवर सर्किट हैं जो लिखने और पढ़ने को नियंत्रित करते हैं। फोटो क्रिस्टल Am2901; मुख्य फ़ंक्शन ब्लॉक चिह्नित हैं। बाहरी सर्किट में मुख्य रूप से बफर होते हैं जो बाहरी टीटीएल और आंतरिक ईएसएल के बीच संकेतों को परिवर्तित करते हैं। Am2901 पूर्ण फ़्लोचार्ट

चिप के अंकगणितीय तर्क उपकरण (ALU) अंकगणित (जोड़ और घटाव) और तार्किक संचालन (और, या, को छोड़कर) में लगे हुए हैं। ALU का पहला खंड नीचे बाईं ओर एक बड़ा ब्लॉक है; इसमें चार पंक्तियाँ होती हैं, क्योंकि यह एक 4-बिट ALU है। ALU में तर्क भी हैं जो इसके अतिरिक्त कैरी आउटपुट उत्पन्न करता है, और "कैरी लुकहेड" नामक एक त्वरित तकनीक का उपयोग करता है। फिर, ALU समांतर में राशि उत्पन्न करने के लिए स्थानांतरित मूल्यों का उपयोग करता है। अंत में, आउटपुट सर्किट प्रक्रिया और राशि को बफर करते हैं, और आउटपुट संपर्क में भेजते हैं।

पूर्वावलोकन के साथ एक ट्रांसफर जेनरेट और प्रोपेगेट संकेतों का उपयोग करके यह निर्धारित करता है कि प्रत्येक स्थिति में एक बिट अपने स्वयं के हस्तांतरण का उत्पादन करता है या आने वाले को पास करता है। उदाहरण के लिए, यदि आप 0 + 0 + C (C स्थानांतरण है) जोड़ते हैं, तो इसके आकार की परवाह किए बिना, हस्तांतरण को इस तरह से समाप्त नहीं किया जा सकता है। दूसरी ओर, यदि आप 1 + 1 + सी जोड़ते हैं, तो ट्रांसफर वैसे भी दिखाई देगा, भले ही सी जो भी हो। अंत में, मामलों में 0 + 1 + सी (या 1 + 0 + सी), स्थानांतरण आगे स्थानांतरित किया जाएगा। अगर सी नॉनवेज था। नतीजतन, सरल तर्क गेट प्रत्येक बिट के लिए एक जी (जेनरेट) सिग्नल बनाते हैं यदि दोनों बिट्स 1 के बराबर हैं, और एक पी (प्रोपेगेट) सिग्नल दोनों बिट्स 0 के बराबर नहीं हैं।

स्थानांतरण सूत्र बिट के स्थान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, बिट 0 से बिट 1. में स्थानांतरण पर विचार करें। ऐसा तब होगा जब P0 ध्वज सेट किया गया हो (अर्थात, स्थानांतरण की उत्पत्ति हुई हो या प्रेषित की गई हो), और यदि हस्तांतरण इस बिट में प्रकट हुआ है, या यह अन्य बिट्स से आया है। फिर C1 = P0 AND (Cin OR G0)। उच्च क्रम हाइफ़नेशन में, विकल्पों की संख्या बढ़ रही है, और उनकी जटिलता लगातार बढ़ रही है। उदाहरण के लिए, बिट में स्थानांतरण पर विचार करें 2. सबसे पहले, P1 को कॉक किया जाना चाहिए ताकि स्थानांतरण बिट 1 से चला जाए। इसके अलावा, स्थानांतरण या तो बिट 1 से बनाया गया था या बिट 0. से स्थानांतरित किया गया था। अंत में, पहला स्थानांतरण भी कहीं से आना था। इसे लें: यह या तो एक ट्रांसफर था जो बिट 0 से आया था, या बिट 1 द्वारा उत्पन्न ट्रांसफर। यदि आप यह सब एक सूत्र में रखते हैं, तो आपको Am2901 में उपयोग किया जाने वाला फ़ंक्शन मिलता है: C2 = P1 AND (G1 OR P0) और (C0 OR G0 OR G1)।विभिन्न स्थानान्तरण और बाहरी P और G के लिए सूत्र दिए गए हैंविनिर्देशों , अंजीर। 9.

चिप के किनारों पर खाली आयतें चिप को बाहरी दुनिया से जोड़ने के लिए क्षेत्र हैं। उनके बगल में सिग्नल भेजने और प्राप्त करने की योजनाएँ हैं। विशेष रूप से, चूंकि चिप टीटीएल संकेतों का उपयोग करके बाहरी सर्किट के साथ संचार करता है, लेकिन आंतरिक रूप से ईएसएल का उपयोग करता है, ये सर्किट टीटीएल और ईएसएल वोल्टेज के बीच परिवर्तित होते हैं।

चिप में दो शिफ्ट रजिस्टर होते हैं जो शब्द को एक बिट या दाएं से स्थानांतरित करने में सक्षम होते हैं। रजिस्टर क्यू - ट्रिगर्स के आधार पर 4-बिट रजिस्टर। अंत में, संदर्भ वोल्टेज सर्किट ईएसएल के संचालन के लिए आवश्यक सटीक संदर्भ वोल्टेज उत्पन्न करता है।

क्रिस्टल को कैसे देखें

चिप के अंदर देखने के लिए, आपको आमतौर पर खतरनाक पदार्थों में इसके प्लास्टिक के मामले को भंग करना होगा। हालाँकि, मैंने प्लास्टिक के मामले में Am2901 चिप नहीं खरीदी, बल्कि एक सिरेमिक मामले में। मैं बस एक छेनी के साथ चिप के सीम के साथ चला गया और दो हिस्सों को काट दिया, जिससे मुझे क्रिस्टल के अंदर जाने की अनुमति मिली। चिप के केंद्र में एक सिलिकॉन क्रिस्टल एक छोटा आयत है। पतले कंडक्टर क्रिस्टल पैड को लीड फ्रेम से जोड़ते हैं, जिससे 40 बाहरी चिप संपर्क होते हैं।

सिरेमिक शरीर के दो हिस्सों को डिस्कनेक्ट करने के बाद Am2901।

चिप के उच्च-रिज़ॉल्यूशन फ़ोटो प्राप्त करने के लिए, मैंने एक विशेष मेटलोग्राफिक माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। नीचे दी गई तस्वीर में आप एएमडी लोगो देख सकते हैं। ऊपर एक कंडक्टर साइट पर सोल्डर किया गया है। चिप में दो धातु की परतें होती हैं जो एक विद्युत सर्किट बनाती हैं, जो दाईं ओर फोटो में दिखाई देती है।

चिप का क्लोज़-अप फोटो - शिलालेख 4301X (शायद हिस्सा संख्या) और "1983 एएमडी" देखा जा सकता है।

मैंने कई छोटे माइक्रोस्कोप चित्रों से एक बड़ी उच्च-रिज़ॉल्यूशन तस्वीर एकत्र की ( यहां क्रिस्टल फ़ोटो बनाने की प्रक्रिया के बारे में और पढ़ें )। फिर मैंने धातु की परतों को हटा दिया और सिलिकॉन तस्वीरों का एक और सेट लिया।

नीचे की क्लोज़-अप तस्वीर में चार ट्रांजिस्टर और तीन प्रतिरोधक दिखाए गए हैं। सिलिकॉन के विभिन्न क्षेत्रों में अलग-अलग अशुद्धियाँ हैं, जिससे उन्हें अलग-अलग गुण मिलते हैं, और ये क्षेत्र एक माइक्रोस्कोप के तहत दिखाई देते हैं। चिप द्विध्रुवी पर आधारित हैएनपीएन ट्रांजिस्टर आधुनिक कंप्यूटर के एमओएस ट्रांजिस्टर से अलग हैं। बेस ट्रांजिस्टर (पी-टाइप सिलिकॉन), एमिटर (एन-टाइप सिलिकॉन) और कलेक्टर (एन-टाइप सिलिकॉन) बाएं ट्रांजिस्टर [बी, ई, सी] पर चिह्नित हैं। प्रकाश आयतें सिलिकॉन और धातु की परत के संपर्क हैं जो शीर्ष पर हुआ करते थे। दाईं ओर दो ट्रांजिस्टर में एक सामान्य बड़े संग्राहक होते हैं। इस चिप पर, एक आम कलेक्टर के साथ ट्रांजिस्टर अक्सर पाए जाते हैं।

नीचे तीन प्रतिरोधक हैं। एक अवरोधक सिलिकॉन में अशुद्धियों को जोड़कर प्राप्त किया जाता है जो इसके प्रतिरोध को बढ़ाता है। आईसी में प्रतिरोधों की सटीकता आमतौर पर खराब होती है। वे अपेक्षाकृत बड़े भी बनते हैं - यहां वे ट्रांजिस्टर के साथ एक ही आकार के होते हैं, जबकि अन्य बहुत बड़े होते हैं। इसलिए, आईसी डिजाइन करते समय, वे प्रतिरोधों की संख्या को कम करने की कोशिश करते हैं।

उत्सर्जक-संबंधी तर्क

लॉजिक स्कीम बहुत अलग तरीकों से बनाई जा सकती हैं। लगभग सभी आधुनिक कंप्यूटर CMOS लॉजिक सिस्टम (एक पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक संरचना ) का उपयोग करते हैं, जहां वाल्व MOS ट्रांजिस्टर से बने होते हैं। मिनीकॉम्पैक्टर्स के युग में, टीटीएल बहुत लोकप्रिय था। ईएसएल एक तेज, लेकिन कम आम योजना थी। ईएसएल का नुकसान अधिक ऊर्जा खपत था (1985 क्रै -2 सुपरकंप्यूटर ने अपनी गति बढ़ाने के लिए ईएसएल वाल्व का इस्तेमाल किया, लेकिन इसे तरल फ्रीन से ठंडा करना पड़ा)।

गति में ईएसएल के अधिकांश फायदे इस तथ्य के कारण थे कि ट्रांजिस्टर पूरी तरह से चालू नहीं थे। इससे ट्रांजिस्टरों को बहुत जल्दी मौजूदा रास्तों को बदलने की अनुमति मिली। इसके अलावा, मान 0 और 1 के लिए वोल्टेज के बीच का अंतर छोटा था (0.8 वी के आदेश का), इसलिए सिग्नल बहुत तेजी से आगे-पीछे हो सकते थे। उदाहरण के लिए, टीटीएल वाल्वों में, वोल्टेज अंतर लगभग 3.2 V है (सिग्नल लगभग 1 V प्रति नैनोसेकंड की गति से स्विच कर सकते हैं, इसलिए एक बड़े वोल्टेज अंतर के साथ कई नैनोसेकंड की देरी होती है)। दूसरी ओर, एक छोटे से वोल्टेज अंतर के कारण ईएसएल की संवेदनशीलता में विद्युत शोर में वृद्धि हुई।

Am2901 के पहले संस्करणों में TTL का उपयोग किया गया था, लेकिन 1979 में AMD ने इसका तेज़ संस्करण Am2901C पेश किया। Am2901C ने गति के लिए आंतरिक रूप से ईएसएल का उपयोग किया, लेकिन बाहर इसने टीटीएल वोल्टेज बनाए रखा, जिससे टीटीएल कंप्यूटरों में उपयोग करना आसान हो गया। इस पोस्ट में Am2901C वेरिएंट के बारे में बताया गया है।

ईएसएल एक अंतर जोड़ी प्रणाली पर आधारित है - परिचालन एम्पलीफायरों एक समान तरीके से काम करते हैं । एक विभेदक जोड़ी का विचार (नीचे देखें) यह है कि एक निश्चित भावना योजना के अनुसार बहती है। यदि बाईं ओर इनपुट पर वोल्टेज दाईं ओर से अधिक है, तो बाएं ट्रांजिस्टर चालू हो जाएगा और अधिकांश वर्तमान बाईं शाखा के माध्यम से जाएगा। और इसके विपरीत (ध्यान दें कि ट्रांजिस्टर उत्सर्जक जुड़े हुए हैं - इसलिए एमिटर-युग्मित तर्क का नाम।

अंतर जोड़ी। यदि बाएं इनपुट (लाल) पर वोल्टेज अधिक है, तो अधिकांश वर्तमान बाएं पथ के साथ जाएगा, और इसके विपरीत।

कुछ संशोधन आपको एक अंतर जोड़ी को ESL वाल्व में बदलने की अनुमति देते हैं। सबसे पहले, एक शाखा में वोल्टेज तय हो जाता है और संदर्भ बन जाता है, कहीं 0 और 1. के स्तर के बीच के अंतराल में। यदि इनपुट संदर्भ वोल्टेज से अधिक है, तो इसे 1 माना जाएगा, और यदि निम्न - 0. के रूप में, तो आउटपुट शाखा से जुड़ा हुआ है। ट्रांजिस्टर (हरा), जो शाखा के वोल्टेज को बफर करके आउटपुट सिग्नल देता है। इन्वर्टर सर्किट नीचे दिखाया गया है, क्योंकि यदि इनपुट वोल्टेज अधिक है, तो बाएं रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान आउटपुट को नीचे खींच देगा। प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, निचले रोकनेवाला को एक ट्रांजिस्टर और एक रोकनेवाला से मिलकर एक नाली (मैजेंटा) द्वारा बदल दिया गया था।

ईएसएल वाल्व के नीचे स्थित नाली वास्तव में, आने वाले वोल्टेज वी _सीएस द्वारा नियंत्रित एक निरंतर वर्तमान देता है । यह विकल्प एक साधारण अवरोधक से बेहतर है, क्योंकि अवरोधक के माध्यम से धारा वोल्टेज के आधार पर भिन्न होती है, जो इनपुट वोल्टेज पर निर्भर करती है। इसके अलावा, ऐसा सर्किट अंतरिक्ष बचाता है, क्योंकि यह एक छोटे अवरोधक का उपयोग करता है।

ईएसएल इन्वर्टर। ऊपरी दाएं अवरोधक को छोड़ा जा सकता है क्योंकि यह कहीं भी जुड़ा नहीं है।

आप अधिक इनपुट जोड़कर एक अधिक जटिल ईएसएल वाल्व का निर्माण कर सकते हैं। नीचे दिए गए आरेख में, एक दूसरा इनपुट ट्रांजिस्टर (2) पहले (1) के समानांतर जोड़ा जाता है। करंट आर 1 से प्रवाहित होगा यदि इनपुट ए या बी में 1 है (यानी, वोल्टेज संदर्भ से अधिक होगा)। इस मामले में, आउटपुट नीचे खींच लिया जाता है, और हमें NOR वाल्व मिलता है। अन्य कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके, आप AND, XOR वाल्व या अधिक जटिल सर्किट बना सकते हैं।

ईएसएल NOR वाल्व

ऊपर दिया गया आरेख एक NOR गेट दिखाता है - जैसे कि यह एक चिप पर लागू होता है। नीचे दी गई तस्वीर वाल्व के संबंधित भौतिक आरेख को दर्शाती है। बाईं ओर एक सिलिकॉन क्रिस्टल परत है, जहां ट्रांजिस्टर और प्रतिरोध दिखाई देते हैं। दाईं ओर चिप के एक ही हिस्से में मेटल ट्रैक हैं। ऊपर 1 और 2 ट्रांजिस्टर हैं, एक इनपुट सिग्नल प्राप्त करते हैं। उनमें से प्रत्येक के शीर्ष पर एक आधार है, और बीच में एक एमिटर है। ट्रांजिस्टर में एक आम कलेक्टर होता है - नीचे एक सफेद आयत। प्रतिरोधक R1 और R2 सिलिकॉन के आयत हैं। मध्य के सभी ट्रांजिस्टर (3 और 4 सहित) में एक आम कलेक्टर है जो दो बार प्लस (गैर-क्रमांकित ट्रांजिस्टर और प्रतिरोधक अन्य वाल्व से संबंधित है) से जुड़ा हुआ है।

NOR वाल्व को Am2901 क्रिस्टल पर लागू किया गया

यह दायीं ओर कंडक्टरों से देखा जा सकता है कि शीर्ष परत क्षैतिज कंडक्टरों को प्लस, संदर्भ वोल्टेज, वीसीएस नाली और माइनस तक (यह देखा जा सकता है कि प्लस और माइनस को उच्च गति का समर्थन करने के लिए व्यापक बनाया गया है) का कनेक्शन प्रदान करता है। नीचे कंडक्टर ट्रांजिस्टर को जोड़ने वाले हैं। ऊपर से, इनपुट ए और बी ट्रांजिस्टर के ठिकानों से जुड़े हैं। वायरिंग के बाकी हिस्सों को ट्रेस करना अधिक कठिन है, क्योंकि यह शीर्ष परत द्वारा कवर किया गया है। लेकिन आप उदाहरण के लिए, ट्रांजिस्टर 4, ट्रांजिस्टर 1 और 2 के कलेक्टर और आर 1 के बीच संबंध देख सकते हैं। क्रिस्टल की तस्वीरों का सावधानीपूर्वक अध्ययन करके, आप सभी वायरिंग और रिवर्स इंजीनियर को चिप लॉजिक समझ सकते हैं।

अंकगणित तर्क इकाई (ALU)

Am2901 चिप में अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU) 4-बिट अंकगणितीय या तर्क संचालन करता है। यह 8 अलग-अलग ऑपरेशनों का समर्थन करता है: इसके अलावा, घटाव और बिटवाइज़ लॉजिकल ऑपरेशंस (यह गुणन और विभाजन से संबंधित नहीं है)।

नीचे ब्लॉक आरेख AL29 Am2901 की संरचना को दर्शाता है। सबसे पहले, चयनकर्ता (मल्टीप्लेक्स) संभावित स्रोतों से दो इनपुट का चयन करता है। डी का मान चिप के डेटा संपर्कों को प्रेषित किया जाता है, आमतौर पर प्रोसेसर डेटा बस को। ए - यह चिप रजिस्टर फ़ाइल में 16 प्रविष्टियों में से एक का मूल्य है, जो संपर्क A0-A3 द्वारा चयनित है; B एक समान तरीके से काम करता है। 0 का एक निरंतर मान ALU को खिलाया जा सकता है। अंत में, क्यू क्यू रजिस्टर (वैकल्पिक अलग रजिस्टर) की सामग्री है। कई डेटा स्रोत चिप को अधिक लचीलापन देते हैं।

चिप विनिर्देश से ALU Am2901 के ब्लॉक आरेख। ALU दो 4-बिट इनपुट पर आठ कार्यों में से एक करता है, आर और एस दाईं ओर चिप से विभिन्न आउटपुट हैं: जी, पी, आउटपुट, साइन, ओवरफ्लो, शून्य टेस्ट।

दो चयनित मान, R और S, ALU को खिलाए जाते हैं, जो चयनित ऑपरेशन करता है और परिणाम को F से जोड़ता है। इसके अलावा, ALU कैरी-इन राशि को स्वीकार करता है और कैरी-आउट मूल्य (CN + 4) को स्थानांतरित करता है। ; यह आपको लंबे शब्दों को संभालने के लिए कई ALU को संयोजित करने की अनुमति देता है। आउटपुट जी और पी का उपयोग पूर्वावलोकन के साथ स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है, और शून्य के साइन, ओवरफ्लो और परीक्षण को सशर्त प्रोसेसर कोड के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

संक्षेप में ALU सर्किट का चयन करें, चयनकर्ता के साथ शुरू करें। नीचे दिए गए चयनकर्ता के पहले दो बॉक्स (D और A) ALU के पहले तर्क का चयन करते हैं, और अंतिम तीन (A, Q और B) दूसरे तर्क का चयन करते हैं। प्रत्येक चयनकर्ता सेलेक्ट • (वैल्यू function इनवर्ट) फंक्शन को लागू करता है, जहाँ वैल्यू संभावित इनपुट वैल्यू है, इस वैल्यू को चुनने के लिए सेलेक्ट १ है, और इनवर्ट १ है। ईएसएल वाल्व)।

वांछित मान का चयन लाइनों में से एक को शामिल करके किया जाता है। यदि उनमें से कोई भी चालू नहीं है, तो ALU में आने वाला मान 0. होगा। इसके अलावा, चयनकर्ता इनपुट को उल्टा कर सकता है; चिप औंधा मूल्य जोड़कर घटाव करता है।

ALU के पहले भाग में चार क्षैतिज परतें होती हैं, एक बिट प्रति

नीचे दिए गए चित्र ALU AM2901 में इस्तेमाल AND-XOR सर्किट को दर्शाता है, जो ऑपरेशन A '• (B। C) को लागू करता है। मैं संक्षेप में वर्णन करूंगा कि यह कैसे काम करता है। यदि इनपुट ए पर वोल्टेज अधिक है, तो आउटपुट को नीचे खींचते हुए, बाएं ट्रांजिस्टर से करंट प्रवाहित होता है। यदि बी और सी उच्च वोल्टेज हैं, तो बाएं ट्रांजिस्टर बी और सी के माध्यम से वर्तमान आउटपुट को नीचे खींचता है। यदि V और C पर वोल्टेज कम है, तो ट्रांजिस्टर V _{रेफ के} माध्यम से धारा आउटपुट को नीचे खींचती है। यदि बी और सी में एक अलग वोल्टेज है, तो वर्तमान ट्रांजिस्टर + से जाता है, और आउटपुट उच्च वोल्टेज रहता है। लब्बोलुआब यह है कि एक एकल ईएसएल वाल्व जटिल कार्यक्षमता को लागू कर सकता है। अधिकांश तर्क फाटकों के साथ, XOR को लागू करना कठिन है। मेरे लिए व्यक्तिगत रूप से, ईएसएल तर्क 1920 के दशक से मिलता जुलता है, क्योंकि यह दो वर्तमान रास्तों के बीच स्विच करता है, और न केवल चालू और बंद होता है।

ALU के लिए दो इनपुट का चयन करने के बाद, यह आने वाले बिट्स के प्रत्येक जोड़े के लिए "प्रोपगेट" (P) और "जेनरेट" (G) बिट्स की गणना करता है। यह त्वरित स्थानांतरण के लिए उपयोग की जाने वाली पूर्वावलोकन हस्तांतरण प्रक्रिया का हिस्सा है।

नीचे दी गई तस्वीर ALU सर्किट के शेष हिस्सों को दिखाती है (एक बदलाव के लिए, इस तस्वीर में पिछली तस्वीरों के विपरीत, एक धातु की परत है, जहां केवल सिलिकॉन था)। पिछले सर्किट से सिग्नल पी और जी दो ट्रांसफर कम्प्यूटेशन ब्लॉक में गुजरते हैं। निचले ट्रांसफर यूनिट बाहरी पी, जी की गणना करता है, और कई चिप्स के लिए पूर्वावलोकन के साथ सिग्नल ट्रांसफर करता है; इससे आप जल्दी से लंबे शब्द जोड़ सकते हैं।

पूर्वावलोकन के साथ स्थानांतरण तकनीक को कई चिप्स पर लागू किया जा सकता है ताकि जल्दी से 4 बिट्स से बड़ी संख्या को जोड़ा जा सके। प्रत्येक चिप जनरेट और प्रोपेगेट सिग्नल उत्पन्न करती है, यह बताती है कि क्या यह एक ट्रांसफर उत्पन्न करेगा या एक आने वाले ट्रांसफर को ट्रांसमिट करेगा। इन संकेतों को एक ट्रांसफर जनरेटर चिप के साथ एक पूर्वावलोकन के साथ जोड़ा जाता है - जैसे कि Am2902।

ऊपरी स्थानांतरण इकाई आंतरिक स्थानान्तरण की गणना करती है। "योग" योजना हाइफ़नेशन का उपयोग करके प्रत्येक बिट के योग की गणना करती है, और पी और जी के मान। यह महत्वपूर्ण है कि हाइफ़नेशन हाइफ़नेशन के कारण, प्रत्येक बिट के योग की गणना समानांतर में की जा सकती है। अंत में, आउटपुट सर्किट आंतरिक ईएसएल संकेतों को टीटीएल सिग्नलों में परिवर्तित करता है और चार आउटपुट संपर्कों को नियंत्रित करता है।

बाकी ALU सर्किट

चिप कुछ दिलचस्प तकनीकों का उपयोग करती है जो आपको आठ ऑपरेशन के लिए योजक का उपयोग करने की अनुमति देती हैं। पहले वर्णित सर्किट सर्किट वैकल्पिक रूप से इसके इनपुट को पूरक कर सकता है। इसका उपयोग घटाव के लिए किया जाता है, साथ ही साथ कुछ तार्किक कार्यों के लिए भी। तार्किक कार्यों की गणना करते समय (जोड़ने / घटाने के बजाय), स्थानांतरण गणना अक्षम है। तार्किक संचालन के दौरान, बिट्स अन्य बिट्स के साथ प्रभावित नहीं होते हैं। अंत में, योजक का XOR सर्किट P और सिग्नल को अधिकतम बढ़ाकर AND सर्किट में बदल जाता है। इस प्रकार, आठ ALU परिचालनों के लिए आठ अलग-अलग सर्किटों का उपयोग करने के बजाय, चिप एकल सर्किट का उपयोग करता है जिसमें कुछ सावधानी से चयनित ट्विक्स होते हैं।

चिप P और G के मानों का उपयोग करता है। C और R के साथ R और S का योग उत्पन्न करता है। सम (R) S ⊕ C) ', (P (as G)) C)', जहां P = ∨S, और के रूप में गणना की जाती है। जी = आर • एस। यदि P 1 के बराबर है, तो (P 'reduces G) R • S के बराबर G को कम कर देता है। यह पता चला है कि, पी को बदलकर, उसी सर्किट का उपयोग आर और एस के इनपुट मूल्यों से गणना करने के लिए किया जा सकता है।

नीचे दी गई तालिका ALU द्वारा किए गए 8 कार्यों को दर्शाती है। निर्देशों के तीन बिट्स चिप को खिलाए जाते हैं और ऑपरेशन का चयन करने के लिए उपयोग किया जाता है: I5, I4 और I3। "फ़ंक्शन" कॉलम प्रलेखन के अनुसार कार्यों को दिखाता है, और "गणना" कॉलम दिखाता है कि प्रत्येक बिट की गणना कैसे की जाती है। ध्यान दें कि सभी ऑपरेशन अंततः अनन्य OR (or) या AND (।) के लिए कम हो गए हैं। जोड़ दो तर्कों और बिट्स के बिटवेअर XOR द्वारा किया जाता है। घटाव तर्क के अलावा और बाद के जोड़ के माध्यम से किया जाता है। उदाहरण के लिए, पूरक R (R ') को जोड़ना R. Bit I3 कंपाइलर R को घटाकर समान है, और बिट I4 कंप्लायंस S. अनन्य या (EXOR और EXNOR) वाले ऑपरेशन्स को जोड़ने के समान तत्वों का उपयोग करता है, लेकिन स्थानांतरण गणना लॉक के साथ। AND ऑपरेशन संकेत जी को अवरुद्ध करके किया जाता है। अंत में, या डी मॉर्गन कानून के अनुसार गणना की जाती है, R '' S '= (आर (एस) ’। मुद्दा यह है कि Am2901 को इसके अलावा, घटाव, और, या EXOR के लिए अलग-अलग तत्वों की आवश्यकता नहीं है - प्रत्येक ऑपरेशन में अधिकांश तत्वों का उपयोग किया जाता है।

प्रतीकात्मक संकेतन	I5	I4	I3	समारोह	गणना
जोड़ें	0	0	0	आर प्लस एस	आर ⊕ एस ⊕ कैरी
SUBR	0	0	1	एस माइनस आर	आर '⊕ एस' कैरी
SUBS	0	1	0	आर माइनस एस	आर R एस '⊕ कैरी
या	0	1	1	आर या एस	(आर '∧ एस') ∧ 1
तथा	1	0	0	आर एंड एस	आर ∧ एस
NOTRS	1	0	1	आर 'और एस	आर '∧ एस
Exor	1	1	0	आर पूर्व या एस	आर R एस '⊕ 1
EXNOR	1	1	1	R EX NOR S	आर '⊕ एस' '1

निष्कर्ष

Am2901C चिप उच्च-गति वाले ESL के उदाहरण के रूप में रुचि रखता है, जो अपेक्षाकृत दुर्लभ तार्किक परिवार है। ALU चिप को चिप के नीचे वितरित किया जाता है, आठ अलग-अलग कार्यों को लागू करता है, और काम को गति देने के लिए पूर्वावलोकन हस्तांतरण का उपयोग करता है। हालांकि चिप काफी जटिल है, एक माइक्रोस्कोप के तहत सावधानीपूर्वक परीक्षा इसके काम को समझने में मदद करती है।

मल्टी-चिप अनुभागीय प्रोसेसर, जैसे कि Am2901, का उपयोग 1970 और 1980 के दशक में माइक्रो कंप्यूटर और कई अन्य प्रणालियों में किया गया था। हालांकि, अंत में, CMOS तकनीक में सुधार ने एक एकल चिप पर एक तेज प्रोसेसर के कार्यान्वयन को सक्षम किया, जिसने इस तकनीक को अप्रचलित कर दिया। और जबकि Am2901 में लगभग एक हजार ट्रांजिस्टर शामिल हैं, और यह 16 मेगाहर्ट्ज पर चलता है, आज एएमडी प्रोसेसर का निर्माण करता है जिसमें अरबों ट्रांजिस्टर होते हैं और 4 गीगाहर्ट्ज पर काम करते हैं।