प्रौद्योगिकी साझेदारी

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

लेख निर्देशिका

1. कम्प्यूटर वास्तुकला

2. हार्वर्ड वास्तुकला

3. हार्वर्ड-वास्तुकलासुधारितम्

4. वॉन न्यूमैन वास्तुकला

5. संरचनात्मकतुलना

---

1. कम्प्यूटर वास्तुकला

सङ्गणकवास्तुकला सङ्गणकतन्त्रस्य संगठितस्य कार्यान्वयनस्य च मार्गं निर्दिशति, यत्र तस्याः हार्डवेयरघटकाः तेषां परस्परसम्बन्धाः च सन्ति । वास्तुकलानां परिकल्पना सङ्गणकस्य कार्यक्षमतां, कार्यक्षमतां, लचीलतां च प्रत्यक्षतया प्रभावितं करोति ।

कम्प्यूटर वास्तुकला बहुस्तरीयं कवरं करोति, निम्नतमस्तरस्य हार्डवेयर कार्यान्वयनात् (यथा प्रोसेसरः, स्मृतिः, इनपुट् तथा आउटपुट् उपकरणम् इत्यादयः) उच्चस्तरीयप्रणालीसॉफ्टवेयरपर्यन्तं (यथा प्रत्येकस्य स्तरस्य आवश्यकता अस्ति) be carefully designed to विशिष्टानि कार्यप्रदर्शनस्य कार्यक्षमतायाः च आवश्यकताः पूरयितुं।

सङ्गणकवास्तुकलायां मुख्यतया द्वौ प्रतिरूपौ स्तः - वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चर, हार्वर्ड आर्किटेक्चर च । वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चर इत्येतत् पारम्परिकं सङ्गणकनिर्माणप्रतिरूपम् अस्ति यत् कार्यक्रमनिर्देशानां, आँकडानां च संग्रहणार्थं एकीकृतस्मृतिस्थानस्य उपयोगं करोति । Haval आर्किटेक्चर क्रमशः प्रोग्राम् निर्देशान्, आँकडान् च संग्रहीतुं पृथक् स्मृतिस्थानानां उपयोगं करोति यत् प्रणाली कार्यक्षमतां सुधारयितुम् । उभयस्य वास्तुकलानां स्वकीयाः लाभाः हानिः च सन्ति, तेषां उपयोगः भिन्न-भिन्न-अनुप्रयोग-परिदृश्येषु बहुधा भवति ।

2. हार्वर्ड वास्तुकला

हार्वर्ड-आर्किटेक्चरस्य अर्थः अस्ति यत् निर्देशाः, आँकडा च पृथक् पृथक् भिन्न-भिन्न-स्मृतिषु संगृह्यन्ते, तथा च CPU क्रमशः स्वतन्त्र-बस-माध्यमेन निर्देशान्, आँकडान् च प्राप्नोति एषा वास्तुकला प्रथमवारं हार्वर्डविश्वविद्यालयस्य मार्क I सङ्गणके प्रयुक्ता, अतः अस्य नामकरणं जातम् ।

गुणाः：

• पृथक् भण्डारणम्: निर्देशस्मृतिः, दत्तांशस्मृतिः च पृथक् भवन्ति ।
• स्वतन्त्र बस: CPU स्वतन्त्रबसद्वारा निर्देशस्मृतिं आँकडास्मृतिं च पृथक् पृथक् अभिगच्छति, यस्य अर्थः अस्ति यत् CPU एकस्मिन् समये निर्देशान् आँकडान् च पठितुं शक्नोति
• समानान्तर प्रसंस्करण: निर्देशानां तथा आँकडानां स्वतन्त्रपरिवेशस्य कारणात् CPU निर्देशाधिग्रहणं आँकडासञ्चालनं च समानान्तरेण संसाधितुं शक्नोति, येन प्रसंस्करणदक्षतायां सुधारः भवति

लाभ：

• उच्च प्रदर्शनम्: एकस्मिन् समये निर्देशान् आँकडान् च प्राप्तुं समर्थः, प्रतीक्षासमयं न्यूनीकरोति, निष्पादनवेगं च सुधारयति।
• विग्रहं न्यूनीकरोतु: निर्देशानां आँकडानां च पृथक् भण्डारणं बससङ्घर्षं परिहरति तथा च सिस्टम् थ्रूपुट् इत्यत्र सुधारं करोति।

अभावः：

• जटिल डिजाइन: स्वतन्त्रस्मृति-बस-प्रणालीद्वयं आवश्यकं भवति, येन डिजाइनस्य कार्यान्वयनस्य च जटिलता वर्धते ।
• न्यून लचीलः: कार्यक्रमः, आँकडाभण्डारणस्थानं च निश्चितम् अस्ति, तथा च लचीलता वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चर इव उत्तमं नास्ति ।

अनुप्रयोगः: Haval आर्किटेक्चरस्य व्यापकरूपेण उपयोगः डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSPs), माइक्रोकंट्रोलर्स् तथा च केषुचित् एम्बेडेड् सिस्टम्स् इत्यत्र भवति, यथा ARM Cortex-M श्रृङ्खला चिप्स् इत्यत्र ।

3. हार्वर्ड-वास्तुकलासुधारितम्

• ARM7 तथा पूर्वचिप्स: von Neumann आर्किटेक्चरस्य उपयोगेन, निर्देशाः तथा च आँकडा साझा स्मृतिः बसः च, प्रारम्भिकसरलगणनायाः नियन्त्रणकार्यस्य च कृते उपयुक्ताः ।
• ARM7 इत्यस्य अनन्तरं चिप्स्: एकं उन्नतं Haval आर्किटेक्चरं स्वीकरोति, यत् निर्देशं तथा आँकडास्मृतिं पृथक् कृत्वा उच्चतरं प्रसंस्करणदक्षतां कार्यक्षमतां च प्रदाति, तथा च आधुनिक एम्बेडेड् सिस्टम्स् तथा सूक्ष्मनियन्त्रकयोः व्यापकरूपेण उपयोगः भवति

उन्नत-हवाल-वास्तुकलायां, एषा प्रणाली हवल-वास्तुकलायां, वॉन्-न्यूमैन्-वास्तुकलायां च लाभं संयोजयति, संकर-भण्डारण-पद्धतिं च स्वीकुर्वति एतत् आर्किटेक्चरं डिजाइनमध्ये निर्देशसञ्चयम् (Instruction Cache) तथा च आँकडासंग्रहणं (Data Cache) परिचययति, अतः प्रोसेसरस्य कार्यक्षमतायां कार्यक्षमतायां च सुधारः भवति

• CPUपृथक् बसद्वारा सम्बद्धं भवतिनिर्देशसञ्चयम्तथाData Cache。
• बाह्यस्मृतिः: निर्देशाः दत्तांशाः च मिश्रिताः भवन्ति, बाह्यस्मृतौ संगृह्यन्ते च, कैशिंग्-तन्त्रेण च आन्तरिक-सञ्चय-मध्ये लोड् भवन्ति ।
• समानान्तरप्रवेशः: CPU निर्देशसञ्चयात् निर्देशान् पठितुं तथा च आँकडासंग्रहात् आँकडान् पठितुं लिखितुं च शक्नोति, येन निष्पादनदक्षतायां सुधारः भवति ।

गुणाः

1. Instruction Cache तथा Data Cache इति：

   • स्वतन्त्रः सञ्चयः : निर्देशाः, दत्तांशः च पृथक् पृथक् सञ्चयेषु संगृहीताः भवन्ति । यदा CPU निर्देशान् निष्पादयति तदा निर्देशसञ्चयात् निर्देशान् प्राप्य दत्तांशसञ्चयात् आँकडान् पठति लिखति च ।
   • समानान्तरप्रवेशः: यतः निर्देशः, आँकडा-सञ्चयः च स्वतन्त्राः सन्ति, अतः CPU समानान्तरेण निर्देशान् दत्तांशं च प्राप्तुं शक्नोति, तस्मात् निष्पादनदक्षतायां सुधारः भवति ।

2. बाह्यस्मृतेः संकरभण्डारणम्：

   • एकीकृत स्मृति: बाह्यस्मृतौ निर्देशाः, दत्तांशाः च मिश्रितरूपेण संगृह्यन्ते, यत् वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चरस्य सदृशम् अस्ति ।
   • caching mechanism इति तन्त्रम्: संग्रहणतन्त्रं CPU एकीकृतबाह्यस्मृत्याः निर्देशान् आँकडान् च स्वतन्त्रनिर्देशसञ्चयेषु आँकडासंग्रहेषु च लोड् कर्तुं शक्नोति ।

लाभ

1. उच्च प्रदर्शनम्：

   • प्रतीक्षासमयं न्यूनीकरोतु: स्वतन्त्रनिर्देशसञ्चयस्य तथा आँकडासंग्रहस्य माध्यमेन CPU एकस्मिन् समये निर्देशान् आँकडान् च प्राप्तुं शक्नोति, येन प्रतीक्षायाः समयः न्यूनीकरोति तथा च निर्देशनिष्पादनस्य गतिः सुधरति
   • उच्चः कैश हिट् दरः: कैशस्य परिचयस्य कारणात् बहुधा अभिगताः दत्तांशाः निर्देशाः च कैशतः शीघ्रं पठितुं शक्यन्ते, येन प्रणाल्याः प्रतिक्रियावेगः सुधरति ।

2. लचीलापनं कार्यक्षमतां च：

   • एकीकृतभण्डारणस्य लचीलता: बाह्यस्मृतेः संकरभण्डारणविधिः वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चरस्य लचीलतां निर्वाहयति, येन कार्यक्रमाः आँकडाश्च गतिशीलरूपेण भण्डारणस्थानं आवंटयितुं शक्नुवन्ति
   • कैश प्रबन्धन: कैश-प्रबन्धनस्य माध्यमेन प्रणाली स्मृति-बैण्डविड्थ्-इत्यस्य प्रभावीरूपेण उपयोगं कर्तुं, बस-सङ्घर्षान् न्यूनीकर्तुं, समग्र-प्रणाली-दक्षतायां सुधारं कर्तुं च शक्नोति ।

3. सरलीकृत डिजाइन：

   • एकीकृत स्मृति अन्तरफलक: यद्यपि स्वतन्त्रनिर्देशस्य दत्तांशसञ्चयस्य च आन्तरिकरूपेण उपयोगः भवति तथापि बाह्यस्मृतेः प्रवेशः अद्यापि एकीकृतस्य अन्तरफलकस्य माध्यमेन भवति, स्मृतिप्रबन्धनं सरलीकरोति

अभावः

1. डिजाइन जटिलता：

   • cache स्थिरता: निर्देशसञ्चयस्य दत्तांशसञ्चयस्य च स्थिरतां सुनिश्चितं कर्तुं आवश्यकं भवति, येन डिजाइनस्य कार्यान्वयनस्य च जटिलता वर्धते ।
   • कैश प्रबन्धन: कैश-प्रवर्तनार्थं जटिल-सञ्चय-प्रबन्धन-तन्त्राणां आवश्यकता भवति, यथा-सञ्चय-प्रतिस्थापन-रणनीतयः, कैश-सङ्गति-प्रोटोकॉल-इत्यादीनि ।

2. विद्युत्-उपभोगः वर्धितः：

   • अतिरिक्त हार्डवेयर: योजितस्य कैश-हार्डवेयरस्य प्रबन्धन-तर्कस्य च परिणामः भवति यत् प्रणाली-विद्युत्-उपभोगः वर्धते, यस्य कृते शक्ति-संवेदनशील-अनुप्रयोगेषु विशेषविचारस्य आवश्यकता भवति ।

आवेदन क्षेत्र

उन्नत-हवाल-वास्तुकला उच्च-प्रदर्शन-प्रोसेसर-एम्बेडेड्-प्रणालीषु व्यापकरूपेण उपयुज्यते, विशेषतः येषु एकस्मिन् समये निर्देशानां, आँकडानां च कुशल-प्रक्रियाकरणस्य आवश्यकता भवति विशिष्टानुप्रयोगेषु अन्तर्भवन्ति : १.

• स्मार्टफोन् तथा टैब्लेट्: बहुकार्यं जटिलं बहुमाध्यमं च अनुप्रयोगं कुशलतया नियन्त्रयितुं आवश्यकता अस्ति।
• एम्बेडेड् नियन्त्रण प्रणाली: यथा औद्योगिकनियन्त्रणं, रोबोट्, वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स इत्यादयः, एतादृशाः परिदृश्याः येषु उच्चवास्तविकसमयप्रदर्शनस्य उच्चविश्वसनीयतायाः च आवश्यकता भवति ।
• उच्चप्रदर्शनगणना: यथा सर्वरः, डाटा सेण्टर् च, येषु उच्च-थ्रूपुट्, कुशल-गणना-कार्यस्य आवश्यकता भवति ।

4. वॉन न्यूमैन वास्तुकला

वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चर इत्येतत् जॉन् वॉन् न्यूमैन् इत्यनेन प्रस्तावितं सङ्गणकस्य डिजाइनं प्रतिरूपम् अस्ति यत् एतत् प्रोग्राम् निर्देशान् आँकडान् च संग्रहीतुं एकीकृतस्मृतिस्थानस्य उपयोगं करोति, तथा च CPU एकस्मिन् एव बसद्वारा निर्देशान् आँकडान् च क्रमेण अभिगच्छति

गुणाः：

• एकीकृत भण्डारण: निर्देशाः दत्तांशाः च एकस्मिन् स्मृतौ संगृह्यन्ते ।
• एकल बस: CPU क्रमेण स्मृतौ एकेन बसद्वारा निर्देशान्, आँकडान् च प्राप्नोति ।
• क्रमिक निष्पादन: CPU स्मृत्याः निर्देशान् दत्तांशं च क्रमेण पठति, क्रमेण निष्पादयति च ।

लाभ：

• सरल डिजाइन: एकीकृतस्मृतिः तथा एकबसप्रणाली, डिजाइनं कार्यान्वयनञ्च तुल्यकालिकरूपेण सरलम् अस्ति ।
• उच्च लचीलता: कार्यक्रमाः आँकडाश्च समानं भण्डारणस्थानं साझां कुर्वन्ति, भण्डारणस्य आवश्यकताः गतिशीलरूपेण समायोजितुं शक्यन्ते ।

अभावः：

• प्रदर्शन अड़चन: यतः निर्देशाः आँकडाश्च एकस्मिन् बसद्वारा प्रसारिताः भवन्ति, अतः CPU एकस्मिन् समये निर्देशान् आँकडान् च पठितुं न शक्नोति, येन "Von Neumann bottleneck" भवितुम् अर्हति तथा च कार्यक्षमतां सीमितं कर्तुं शक्नोति
• बस संघर्ष: निर्देशाः आँकडाश्च बसं साझां कुर्वन्ति, येन बससङ्घर्षः भवितुम् अर्हति तथा च प्रणालीदक्षतां प्रभावितं कर्तुं शक्नोति।

अनुप्रयोगः: वॉन् न्यूमैन् आर्किटेक्चरस्य व्यापकरूपेण उपयोगः सामान्यसङ्गणकयन्त्रेषु यथा व्यक्तिगतसङ्गणकेषु, सर्वरेषु, एम्बेडेड् सिस्टमेषु च भवति, यथा एआरएम इत्यस्य प्रारम्भिकानि एआरएम७ चिप्स्

5. संरचनात्मकतुलना

स्मृतिसंरचना

• वॉन न्यूमैन वास्तुकला：

  • एकीकृत स्मृति: प्रोग्रामनिर्देशाः आँकडाश्च एकस्मिन् एव स्मृतौ संगृह्यन्ते, एकस्य स्मृतिबसस्य उपयोगेन अभिगम्यन्ते च ।
  • एकः दत्तांशमार्गः: यतः निर्देशाः आँकडाश्च समानं बसं साझां कुर्वन्ति, अतः CPU प्रतिघटिकचक्रं केवलं एकं स्मृतिप्रवेशं (निर्देशान् आनयितुं वा आँकडानां पठनं/लेखनं वा) कर्तुं शक्नोति ।

• हार्वर्ड वास्तुकला：

  • पृथक् स्मृतिः: कार्यक्रमनिर्देशाः, आँकडाश्च भिन्न-भिन्न-स्मृतिषु संगृह्यन्ते, क्रमशः निर्देशान्, आँकडान् च प्राप्तुं पृथक्-पृथक् स्मृति-बस्-इत्यस्य उपयोगः भवति ।
  • स्वतन्त्र दत्तांशमार्ग: CPU समानान्तरप्रवेशं प्राप्तुं एकस्मिन् समये निर्देशस्मृत्याः निर्देशान् आनेतुं शक्नोति तथा च आँकडास्मृत्याः आँकडान् पठितुं/लेखितुं च शक्नोति ।

कार्यक्षमता तथा कार्यक्षमता

• वॉन न्यूमैन वास्तुकला：

  • प्रदर्शन अड़चन: यतः निर्देशाः आँकडाश्च समानस्मृतिबस् साझां कुर्वन्ति, "Von Neumann bottleneck" इति प्रवृत्तिः भवति, यत् प्रणाल्याः समानान्तरप्रक्रियाक्षमतां समग्रप्रदर्शनं च सीमितं करोति
  • सरलं लचीलं च: डिजाइनं कार्यान्वयनञ्च तुल्यकालिकरूपेण सरलं, विविधसामान्यगणनाकार्यस्य कृते उपयुक्तं, उच्चलचीलता च भवति ।

• हार्वर्ड वास्तुकला：

  • उच्च प्रदर्शनम्: यतः निर्देशाः दत्तांशः च भिन्न-भिन्न-स्मृतिषु संगृहीताः भवन्ति, अतः CPU समानान्तरेण निर्देशान् दत्तांशं च प्राप्तुं शक्नोति, येन प्रसंस्करण-दक्षतायां महती उन्नतिः भवति
  • विग्रहं न्यूनीकरोतु: स्वतन्त्रनिर्देशः तथा आँकडाबसः बससङ्घर्षं न्यूनीकरोति तथा च प्रणालीथ्रूपुटं निष्पादनदक्षतां च सुधारयति।

डिजाइन जटिलता

• वॉन न्यूमैन वास्तुकला：

  • सरल डिजाइन: एकः स्मृतिः बसप्रणाली च, डिजाइनं कार्यान्वयनञ्च तुल्यकालिकरूपेण सरलम्।
  • परिपालनं सुलभम्: सरलसंरचनायाः कारणात् प्रणाली-रक्षणं, त्रुटिनिवारणं च तुल्यकालिकरूपेण सुलभम् अस्ति ।

• हार्वर्ड वास्तुकला：

  • जटिल डिजाइन: स्वतन्त्रस्मृति-बस-प्रणालीद्वयं आवश्यकं भवति, येन डिजाइनस्य कार्यान्वयनस्य च जटिलता वर्धते ।
  • परिपालनार्थं जटिलम्: स्वतन्त्रस्मृतिप्रणाल्याः कारणात् प्रणालीरक्षणं, त्रुटिनिवारणं च तुल्यकालिकरूपेण जटिलं भवति ।

आवेदन क्षेत्र

• वॉन न्यूमैन वास्तुकला：

  • सामान्यगणनायन्त्रम्: व्यक्तिगतसङ्गणकेषु, सर्वरेषु, एम्बेडेड्-प्रणालीषु च व्यापकरूपेण उपयुज्यते, यथा x86 आर्किटेक्चर-प्रोसेसरेषु ।
  • प्रारम्भिक सूक्ष्मनियन्त्रक: यथा ८०५१ आर्किटेक्चर इत्यस्य आधारेण केचन सूक्ष्मनियन्त्रकाः, येषां उपयोगः सरलनियन्त्रणकार्यस्य कृते भवति ।

• हार्वर्ड वास्तुकला：

  • एम्बेडेड् सिस्टम्स् तथा माइक्रोकंट्रोलर: यथा ARM Cortex-M श्रृङ्खला सूक्ष्मनियन्त्रकाः, येषां उपयोगः वास्तविकसमयनियन्त्रणाय कुशलदत्तांशसंसाधनाय च भवति ।
  • डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (DSP) 1.1.: यथा TI इत्यस्य C6000 श्रृङ्खला, यस्य उपयोगः श्रव्यसंसाधनस्य, संचारप्रणालीनां, चित्रसंसाधनस्य च कृते भवति ।

सारांशं कुरुत