হোমব্রু সিপিইউগুলির জন্য ফ্রিকোয়েন্সি সীমাবদ্ধতা

15

কিছু কাস্টম নির্মিত সিপিইউগুলি দেখার সময় আমি লক্ষ্য করেছি যে তারা যে ফ্রিকোয়েন্সিগুলি পরিচালনা করে তা আধুনিক সিপিইউগুলির তুলনায় তুলনামূলকভাবে কম (বেশ কয়েকটি মেগাহার্টজের ক্রম)। সেই সীমাবদ্ধতার জন্য কোনও ইলেকট্রনিক্স ইঞ্জিনিয়ারিং কারণ রয়েছে, যেমন ব্রেডবোর্ডগুলির জন্য? যদি হ্যাঁ, আপনার নকশার সাহায্যে সম্ভব সর্বাধিক ফ্রিকোয়েন্সি কীভাবে নির্ধারণ করা যায়?

frequency cpu

— Eugen
সূত্র

পছন্দ ... বাড়িতে তৈরি ভিএলএসআই চিপস? আমি এটা ব্যয় সীমাবদ্ধতা কল্পনা করতে পারেন। বহু মিলিয়ন মিলিয়ন ডলারের সরঞ্জাম সুনির্দিষ্টভাবে কেবল ঘরে বসেই অনুলিপি করা যায় না এবং ফলস্বরূপ চিপগুলি অবশ্যই ধীর গতিতে চালিত হয়।

— Nate

4

@ নাট, আমি ধারণা করছি যে তিনি টিটিএল থেকে নির্মিত হোমব্রিউউ মাল্টি-চিপ সিপিইউগুলিকে উল্লেখ করছেন। উদাহরণস্বরূপ: homebrewcpu.com

— আলফ্রেড সেন্টাউরি

@ নাট আমি আমার প্রশ্নটি আরও সুনির্দিষ্ট হওয়ার জন্য আপডেট করেছি।

— ইউজেন

@ অ্যালফ্রেডকেনটৌরি - হ্যাঁ, আপনি ঠিক বলেছেন;)

— ইউজেন

16

এটি বেশিরভাগ গেটগুলির মাধ্যমে আন্তঃসংযোগ এবং প্রচারের বিলম্বের সাথে করতে হয়। আমরা যদি কোনও সিপিইউ এর সংশ্লেষকে হ্রাস করি তবে এটি একটি প্রতিক্রিয়া মেশিন। সংশ্লেষ যুক্তিযুক্ত সার্কিটগুলির একটি গুচ্ছটি মেশিনের বর্তমান অবস্থার তুলনায় কিছু বুলিয়ান ফাংশনগুলি গণনা করে এবং সেই ফাংশনগুলি নতুন রাষ্ট্র নির্ধারণ করে, যা একটি নতুন ঘড়ির প্রান্ত উপস্থিত হওয়ার সাথে সাথে ক্রমবর্ধমান সার্কিটরী দ্বারা ল্যাচ করা হয়। সম্মিলিত সার্কিটগুলির মধ্যে বিলম্ব রয়েছে। একটি স্থিতিশীল ফলাফল তৈরি করতে এই গেটগুলির মধ্য দিয়ে সবচেয়ে ধীর পাথের যে সময় লাগে তার চেয়ে ঘড়ির সময় কম হতে পারে না কারণ একক ভুল বিট শো থামিয়ে দেয়।

তদ্ব্যতীত, অনুক্রমিক যুক্তিটির সময়ের প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। ঘড়ির প্রান্তটি আসার আগে কিছুটা ন্যূনতম সেটআপ সময় হয় যা ইনপুটগুলিকে স্থিতিশীল রাখতে হয় এবং তারপরে তাদের কিছুটা সময় ধরে স্থিতিশীল থাকতে হয়। এগুলি লঙ্ঘিত হলে, রাজ্য আবর্জনা হয়ে উঠবে।

প্রচলিত পার্সিটিক ক্যাপাসিট্যান্সগুলি কীভাবে চার্জ করতে পারে, আনুষঙ্গিকতার মুখের মধ্যে কত দ্রুত কারেন্ট তৈরি করতে পারে এবং সিলিকন ডিভাইসগুলি কীভাবে স্যুইচ করতে পারে তার মতো বিষয়গুলির কারণে প্রচারে বিলম্ব হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি ছোট বেস সহ একটি বাইপোলার ট্রানজিস্টর একটি বৃহত্তর বেসের সাথে একের চেয়ে দ্রুত স্যুইচ করতে পারে, সুতরাং একটি চিপের উপর একটি ক্ষুদ্র ট্রানজিস্টর একটি পৃথক পৃথকের চেয়ে দ্রুত হবে।

আমি মুছে ফেলা একটি পূর্ববর্তী উত্তরে, আমি ট্রান্সমিশন লাইন প্রভাব সম্পর্কে লিখেছিলাম। তবে আমি বিবেচনা করি নি যে এই প্রভাবগুলি আমরা যে গতির সাথে কথা বলছি তা চিত্রের মধ্যেও আসে না কারণ বলে, 10 মেগাহার্টজ এ তরঙ্গদৈর্ঘ্য এখনও প্রায় 30 মিটার। সুতরাং একটি সাধারণ আকারের সার্কিট বোর্ডের স্কেলে কয়েক মেগাহের্টজের সময় স্কেলে ডালগুলি একই সাথে একটি তামা নেটওয়ার্কের সমস্ত অংশে পৌঁছে যায়।

সুতরাং, যদি আপনি বিযুক্ত উপাদানগুলির বাইরে কোনও সিপিইউ করেন তবে আপনি দ্রুত স্যুইচিংয়ের সময়গুলি এবং ছোট সারণিগুলি একই পরিমাণে অর্জন করতে পারছেন না যা বিপথগামী ক্যাপাসিট্যান্স এবং অন্তর্ভুক্তিকে হ্রাস করে।

তা সত্ত্বেও, 1960 এর দশকে প্রাচীন স্বতন্ত্র-উপাদান মেশিনগুলি এই হোমব্রিউ মেশিনগুলির চেয়ে কিছুটা দ্রুত গতিতে চলেছিল। সেখানে যেতে কিছুটা সময় এবং চালাকি করেছিল took উদাহরণস্বরূপ আইবিএম 360 মডেল 44 (1964) 4 মেগাহার্টজ এ চলেছিল। এটি এখনও "হোমব্রিউ গতি" হতে পারে, তবে সিডিসি 7600 প্রকাশিত হয়েছিল এর কয়েক বছর পরে 1969 সালে 36 মেগাহার্টজকে ছাড়িয়ে গেছে। উইকিপিডিয়া নিবন্ধ http://en.wikedia.org/wiki/CDC_7600 উদাহরণস্বরূপ টানা কিছু কৌশল সম্পর্কে একটি ইঙ্গিত দেয়:

"বরাবরের মতো, ক্রে এর নকশা আকার হ্রাস করার জন্য প্যাকেজিংয়ের উপরও মনোনিবেশ করেছিল, সংকেতের পথগুলি সংক্ষিপ্ত করবে এবং এর ফলে অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি বাড়বে ... , এবং ট্রানজিস্টর The ছয়টি বোর্ড সজ্জিত করা হয়েছিল এবং তারপরে একে অপরের সাথে সংযুক্ত ছিল, যা খুব কমপ্যাক্টের জন্য তৈরি হয়েছিল, তবে মূলত অপরিশোধনযোগ্য মডিউল। "

সুতরাং হোমব্রু সিপিইউগুলি বিল্ড কোয়ালিটি এবং লেআউটের সাথে কিছু বিভ্রান্তিকর প্রভাবের কারণে অগত্যা তাদের সত্যিকার সম্ভাব্যতায় নির্মিত হয় না। তবুও, যে কেউ পৃথক সংহত সার্কিট এবং বিচ্ছিন্ন উপাদানগুলি যা বেশ কয়েকটি মেগা হার্টজ এ চালিত হয় তার বাইরে সিপিইউ তৈরি করে তাকে প্রশংসা করা উচিত।

— Kaz
সূত্র

ডেটা পাথের জটিলতার উপর নির্ভর করে আমি ভাবব যে আধুনিক প্রযুক্তি এবং প্রচলিত কৌশলগুলি ব্যবহার না করে কোনও হোমব্রু ডিভাইস 20Mhz বা আরও বেশি সময়ে ঘড়িতে সক্ষম হওয়া উচিত। মাল্টি-গিগাহার্জ নয়, তবে মোট স্লচ নয়। যদিও আমি সন্দেহ করি যে এটি বেশিরভাগ ক্ষেত্রে যেখানে হোমব্রাবির সিপিইউ ব্যবহার করা হয়, ততই সমস্যা সমাধানের সহজতা গতির চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ। ঘটনাক্রমে, মূল পং (আর) ব্র্যান্ডের আরকেড মেশিনের মাস্টার ক্লক স্ফটিকটি 14.3818 মেগাহার্টজ ছিল, যদিও এটি খুব শীঘ্রই ভাগ হয়ে গেছে; আমি মনে করি গতিবেগের দ্বারা উত্পন্ন একমাত্র জিনিসটি হল খেলার মাঠের কেন্দ্ররেখা।

— সুপারক্যাট

1

অনেকগুলি হোমব্রু সিপিইউ মাইক্রোকোড সঞ্চয় করতে ইপিআরএম ব্যবহার করে, তবে জটিল যুক্তি এবং / বা সত্য সারণী বাস্তবায়নের জন্য (তাদের অনেকের এমনকি একটি বা একাধিক রম তৈরি একটি ALU রয়েছে)। রমগুলির অ্যাক্সেসের গতিটি মেশিনের শীর্ষ গতি উল্লেখযোগ্যভাবে সীমাবদ্ধ করতে পারে তবে তারা জনপ্রিয় কারণ তারা উল্লেখযোগ্য পুনরায় সংযোজন ছাড়াই প্রসেসরটিকে ডিবাগ, পুনর্গঠন এবং সাময়িকভাবে সহজ করে তোলে।

— অ্যালেক্সিয়স

15

একজন প্রাক্তন উচ্চ বিদ্যালয় যিনি 74৪০০ সিরিজ টিটিএল দিয়ে একটি বিশেষ উদ্দেশ্য সম্পন্ন কম্পিউটার তৈরি করেছিলেন, যা বিজ্ঞান মেলায় কিছুটা পুরষ্কার অর্জন করেছিল, আমি এই বিষয়গুলি পর্যবেক্ষণ করেছি যা এটিকে দ্রুত চালানো থেকে বিরত রেখেছে:

রুটিবোর্ডে স্ট্রে ক্যাপাসিট্যান্স। সংযোজকগুলির প্রতিটি সংলগ্ন জুটির মধ্যে কয়েকটি পিএফ। সীমাবদ্ধ নাড়ি প্রান্তটি উত্থান / পতনের সময় এবং জায়গাগুলিতে ক্রসস্টালক যুক্ত হয়েছে। এটি সম্ভবত সবচেয়ে বড় কারণ ছিল।
গ্র্যাব-ব্যাগ চিপের বিভিন্নতা। (যে কোনও পলি-পাকস মনে আছে?) L৪ এলএসএক্সএক্স, H৪ এইচএক্সএক্স, xx৪ এক্সএক্স এবং বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের বিলম্ব এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্য সহ কয়েকটি মেগাহার্টজ এর চেয়ে বেশি ঘড়ির গতিতে সিগন্যাল থাকা অসম্ভব হয়ে পড়েছে।
স্যাফো স্ট্যাটিক মেমরি চিপস, আবার কোনও গ্র্যাব-ব্যাগ বা অন্য কোনও গুণমানের উত্স থেকে। তারা কেবল নির্দিষ্ট হারের বাইরে নির্ভরযোগ্যভাবে পড়তে বা লিখতে পারেনি।
আমার পরীক্ষার উপকরণটি হোমব্রু সিগন্যাল জেনারেটর, একটি 5 মেগাহার্টজ ব্যান্ডউইথ অসিলোস্কোপ এবং অস্থায়ী জুরি-র্যাজড ডিজিটাল সার্কিট্রিতে সীমাবদ্ধ ছিল। সংকেত অখণ্ডতা, সময় নির্ধারণ, ডিজিটাল সংকেতগুলির প্রশস্ততা যা লো-পাস ফিল্ম মুশগুলিতে ফিল্টার করা হয়েছে তা পরীক্ষা করা শক্ত।

একজন অ্যান্টিক ক্রেতা না থাকলে আজ 5MHz স্কোপ পাওয়া শক্ত হবে। সকল প্রকারের আরও ভাল চিপগুলি পাওয়া সহজ, এমনকি 0.1 "স্পেসড ডিআইপি প্যাকেজগুলিতে, আমি দীর্ঘ সময় গ্র্যাব-ব্যাগের পথে খুব বেশি কিছু দেখিনি except সকেটের ব্রেডবোর্ডগুলি তবে খুব বেশি পরিবর্তন হয়নি। স্ট্রে ক্যাপাসিট্যান্স এখনও কোনও সৃজনশীল ডিজিটাল প্রকল্পগুলির জন্য একটি স্পিড কিলার।

হোমব্রু পিসিবি ব্যবহার করে ব্রেডবোর্ডগুলি এড়ানোর পক্ষে বিপথগামী ক্যাপাসিট্যান্স এড়ানোর সেরা উপায়, তবে অবশ্যই আরও প্রচেষ্টা এবং সময় প্রয়োজন।

— DarenW
সূত্র

4

আমি মনে করি প্রাথমিক কারণ হ'ল আপনার ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ার সাথে সাথে আপনার ব্রেডবোর্ডের সংযোগগুলির প্রতিবন্ধকতা আপনার সার্কিটের চূড়ান্ত গতি বৃদ্ধি করবে এবং সীমাবদ্ধ করবে।

আপনার ব্রেডবোর্ডের প্রতিটি সংযোগে একটি কম, তবে শূন্য নয় অনুপস্থিতি রয়েছে। আপনার ফ্রিকোয়েন্সি আরও বেশি এবং উচ্চতর হওয়ার সাথে সাথে আপনার এই প্রভাবগুলি অ্যাকাউন্টে নেওয়া উচিত। তারের প্রতিবন্ধকতা এটির দ্বারা পাওয়া যাবে:

এই সূত্র

যেখানে এল তারের প্রবর্তন। অবশেষে, জেড পর্যাপ্ত পরিমাণে প্রবাহিত হবে যা প্রবাহিত হবে না এবং আপনার সার্কিট কাজ করা বন্ধ করবে stop এই সংখ্যার জন্য সঠিক সংখ্যাসূচক মানটি পাওয়া খুব জটিল হবে, বিশেষত কারণ ব্রেডবোর্ডগুলির একে অপরের পাশে চিহ্ন রয়েছে এবং এটি প্রতিটি সূত্রের তারের প্রতিবন্ধকে এই সূত্র থেকে কিছুটা পরিবর্তন করে দেবে। আপনি যদি সত্যিই একটি (অনর্থক) নম্বর চান, আপনি আপনার তারের আনয়ন (এবং তাই প্রতিবন্ধকতা) গণনা করতে এখানে চেষ্টা করতে পারেন । আপনি যদি জানেন যে কোনও অংশটি যে সর্বনিম্নতম কারেন্টটি পরিচালনা করতে পারে তবে আপনি এই সীমাটি আঘাত করার আগে সর্বাধিক ফ্রিকোয়েন্সি নির্ধারণ করতে পারেন।

— Nate
সূত্র

আপনি কি সার্কিটের প্রতিবন্ধকতা এবং গতির মধ্যে সম্পর্ক ব্যাখ্যা করতে পারেন?

— ইউজেন

সুতরাং এটি কীভাবে ব্যাখ্যা করবে যে ইনটেল কোর আই 7 এর মতো সিপিইউগুলি ব্রেডবোর্ডে নির্মিত 2.5GHz এবং সিপিইউগুলির ঘড়ির গতিতে কাজ করে? আমি প্রাথমিকভাবে ভেবেছিলাম যে সিপিইউ এবং র‌্যাম চিপসের মধ্যে তারের দৈর্ঘ্যের সাথে একটি সংযোগ রয়েছে।

— ইউজেন

পদার্থবিজ্ঞানের আইনগুলি অস্বীকার করার জন্য নয়, তবে আমি মনে করি না যে আনয়নতাই আসলে গতির প্রধান সীমাবদ্ধ। এর পরে, একই ধরণের দৈর্ঘ্যের একই তারেরগুলি হোমব্রুউ রেডিও এবং অন্যান্য প্রকল্পগুলিতে ব্যবহৃত হয়, অনেক বেশি ফ্রিকোয়েন্সিতে। কেবলমাত্র

— ম্যাচের

1

@ ড্যারেনডাব্লু: স্ট্রে ইন্ডাক্ট্যান্স এবং ক্যাপাসিট্যান্স আসলে সমস্যা। একটি রেডিও সিস্টেমে আপনার কাছে সাধারণত তুচ্ছ দৈর্ঘ্যের কেবল একটি মাত্র তার থাকে। একটি প্রসেসরের বাস্তবায়নে, আপনার ব্যবস্থার উপর নির্ভর করে মিউচুয়াল ইন্ডাক্ট্যান্স সহ আপনার শত রয়েছে। জটিলতার কারণে ফ্রিকোয়েন্সি-নির্ভর ইন্টারঅ্যাকশন নিয়ন্ত্রণহীন। চরিত্রগত প্রতিবন্ধকতা স্থলভাগের চিহ্নগুলি থেকে দূরত্বের মতো জিনিসের উপর দৃ strongly়ভাবে নির্ভর করে ... যা কোনও ব্রেডবোর্ডে ভালভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায় না।

— বেন ভয়েগট

1

আমি মনে করি আপনি সঠিক, আমি সম্ভবত এটি সাধারণভাবে প্রতিক্রিয়া হওয়া উচিত। ক্যাপাসিট্যান্সের ফলে একই রকম সমস্যা দেখা দেবে, তবে কঠোর উত্থান / পড়ন্ত প্রান্ত এবং রাজ্যের পরিবর্তনের মতো জিনিসের জন্য। প্রতিবন্ধকতা সন্ধানের সমীকরণগুলি যদিও একই রকম এবং তিনি যদি একটি সংখ্যার উত্তর চান তবে সেগুলি সম্ভবত একই ধরণের প্রয়োগ করা যেতে পারে।

— নাট

3

অন্যরা "কেন" এর জবাব দিয়েছেন। এখানে সর্বোচ্চ গতি কীভাবে নির্ধারণ করা যায় তা এখানে।

প্রতিটি ফ্লিপ-ফ্লপের জন্য, এটি Q এর ঘড়িটি সন্ধান করুন।
ফ্লিপ-ফ্লপ থেকে পরবর্তী ফ্লিপ ফ্লপ পর্যন্ত সমস্ত তারের দৈর্ঘ্য মোট। এই দৈর্ঘ্যটি সময়কে পরিণত করুন। ওয়্যার আলোর গতিবেগ 2/3
অ্যাসিঙ্ক্রোনাস র‌্যামের মাধ্যমে মোট কোনও গেট বিলম্ব করুন।
পরবর্তী ফ্লিপ-ফ্লপে সেটআপের সময়টি নিন।
1-4 যোগ করুন। এটি আপনার ন্যূনতম ঘড়ির সময়কাল। ফ্রিকোয়েন্সি পেতে উল্টে দিন।
ঘড়ির স্কিউ বিবেচনা করুন। প্রথমটির আগে যদি ঘড়িটি দ্বিতীয় এফএফ এ যায় তবে 1-4 দিয়ে স্কিউ যুক্ত করুন।
প্রথমটির আগে যদি ঘড়িটি দ্বিতীয় এফএফ এ চলে যায়, সর্বনিম্ন ২-৩টি গণনা করুন। নিশ্চিত হয়ে নিন যে এগুলি দ্বিতীয় এফএফ প্লাস ক্লক স্কু দ্বারা প্রয়োজনীয় হোল্ড সময়ের চেয়ে কম।

— ব্রায়ান কার্লটন
সূত্র

আপনি কোন তারের দৈর্ঘ্যের কথা বলছেন: পাওয়ার উত্স থেকে সিপিইউ আউট পিন, সিপিইউ আউট পিন থেকে র‌্যাম চিপস দৈর্ঘ্য ...? এছাড়াও প্রথম ধাপে আপনি কী বোঝাতে চেয়েছেন তা আমি সত্যিই পরিষ্কার করছি না।

— ইউজেন

2

@ ইউজেন - আমি মনে করি (তবে আমার দক্ষতার ক্ষেত্র নয়) তিনি এর অভ্যন্তরীণ প্রচারের বিলম্বের কথা উল্লেখ করছেন - স্থিতিশীল আউটপুট আটকানো থেকে সময় time

— নিঃশর্তভাবেইএনস্টেটমোনিকা

1

গতি সীমাবদ্ধ এমন বৈদ্যুতিক কারণগুলি ছাড়াও যৌক্তিক স্তরের একটিও রয়েছে:

জিনিসগুলি দ্রুত চালিত করতে আপনি এতগুলি সংস্থান নিক্ষেপ করতে পারবেন না, যেমন শাখার পূর্বাভাস সহ পাইপলাইনযুক্ত অপারেশন, দ্রুত গাণিতিক এবং হোয়াট নোট। ক্যাশগুলি যদি আপনার মূল স্মৃতির চেয়ে দ্রুত না হয় তবে তা তেমন বোঝাপড়া করে না।

— starblue
সূত্র

1

হোমব্রু মেশিনগুলির জন্য এটি দুটি কারণের মধ্যে নেমে আসে। আপনি যে চিপগুলি ব্যবহার করছেন তা প্রচারের বিলম্ব এবং আপনার সিপিইউ ডিজাইনের মাধ্যমে দীর্ঘতম পথে আপনি যে চিপগুলি ব্যবহার করতে হবে সেগুলির সংখ্যা।

উদাহরণস্বরূপ, একটি 74HC574 (8 বিট রেজিস্টার) সর্বাধিক 41ns (তার ডেটাশিট থেকে নেওয়া) এর প্রচারের বিলম্ব রয়েছে has এখন আসুন আমরা বলতে পারি যে আপনার সিপিইউ ডিজাইনের মধ্য দিয়ে দীর্ঘতম পাথের জন্য এটি 8 টি বিভিন্ন চিপের মধ্য দিয়ে যেতে হবে। 8 টির প্রত্যেকটির জন্য প্রচারের বিলম্ব যোগ করুন এবং এটি কল্পনা করুন যে এটি 333ns এ আসে। 1000ns 1Mhz এর সমান হ'ল যা আপনাকে সর্বোচ্চ 3 মেগাহার্টজ গতি দেয়।

অনুশীলনে আপনি স্থির নকশা নিশ্চিত করতে নিজেকে 2Mhz এর মতো ধীর গতির মধ্যে সীমাবদ্ধ রাখতে চাইতে পারেন। এমনকি যদি আপনি ভাবেন যে আপনি প্রতি বিলিয়ন চক্রের সময় কেবলমাত্র মিস করবেন, তবে আপনার এখনও সমস্যার মধ্যে রয়েছে। 3 বিলিয়ন দ্বারা বিভক্ত 10 বিলিয়ন মানে আপনি প্রতি ৩৩৩৩৩ সেকেন্ডে একবারে মৃত্যুদন্ড কার্যকর করেন যা প্রতি ঘন্টায় প্রায় একবার। প্রতি ঘন্টা আপনার মেশিন ক্রাশ ভাল না!

এটিকে দ্রুত যেতে আপনি দ্রুততম চিপগুলি ব্যবহার করতে পারেন এবং / অথবা সবচেয়ে ধীর পথে চিপের সংখ্যা হ্রাস করতে নকশা পরিবর্তন করতে পারেন। আপনি দেখতে পান দ্রুততম হোমব্রিউ গতিটি প্রায় 4Mhz যা আপনাকে প্রতিটি চক্র সম্পন্ন করার জন্য 250ns দেয়।

— ফিল রাইট
সূত্র