क्या एनालॉग सिग्नल अंकगणित डिजिटल एक से तेज है?


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यदि डिजिटल FPUs (CPU -> DAC -> अनुरूप FPU -> ADC -> CPU) के बजाय आधुनिक सिग्नल प्रोसेसर का उपयोग करना संभव होगा, यदि कोई एनालॉग सिग्नल अंकगणित (सटीकता और सटीक की लागत पर) का उपयोग करेगा?

क्या एनालॉग सिग्नल डिवीजन संभव है (जैसा कि FPU गुणन अक्सर एक सीपीयू चक्र लेता है)?


यह आपको सवाल का जवाब नहीं देता है, लेकिन यहाँ युद्धपोतों arstechnica.com/information-technology/2014/03//- में
ड्युबॉट

बहु-राज्य डिजिटल तर्क का उपयोग करने के लिए समय-समय पर प्रस्ताव आए हैं - उदाहरण के लिए, दो के बजाय चार राज्यों के साथ "फ्लिप-फ्लॉप"। यह वास्तव में कुछ उत्पादन मेमोरी चिप्स में किया गया है, क्योंकि यह तारों की अड़चन को कम करता है। (मुझे नहीं पता कि वर्तमान में उत्पादित चिप्स बहु-राज्य तर्क का उपयोग करते हैं, हालांकि।)
हॉट लिक्स

जवाबों:


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मौलिक रूप से, सभी सर्किट एनालॉग हैं। एनालॉग वोल्टेज या धाराओं के साथ गणना करने में समस्या शोर और विरूपण का एक संयोजन है। एनालॉग सर्किट शोर के अधीन हैं और परिमाण के विशाल आदेशों पर एनालॉग सर्किट को रैखिक बनाना बहुत कठिन है। एनालॉग सर्किट के प्रत्येक चरण सिग्नल में शोर और / या विरूपण जोड़ देंगे। इसे नियंत्रित किया जा सकता है, लेकिन इसे समाप्त नहीं किया जा सकता है।

डिजिटल सर्किट (अर्थात् सीएमओएस) मूल रूप से सूचना को दर्शाने के लिए केवल दो स्तरों का उपयोग करके इस पूरे मामले को साइड-स्टेप कर देता है, प्रत्येक चरण सिग्नल को पुनर्जीवित करने के साथ। कौन परवाह करता है कि यदि आउटपुट 10% से कम है, तो इसे केवल एक सीमा से ऊपर या नीचे होना चाहिए। कौन परवाह करता है कि यदि आउटपुट 10% से विकृत है, तो फिर से इसे केवल एक सीमा से ऊपर या नीचे होना चाहिए। प्रत्येक दहलीज पर तुलना, संकेत मूल रूप से पुनर्जीवित और शोर / nonlinearity मुद्दों / आदि है। निर्वस्त्र। यह इनपुट सिग्नल को प्रवर्धित और क्लिपिंग द्वारा किया जाता है - एक CMOS इन्वर्टर एक बहुत ही सरल एम्पलीफायर है जो दो ट्रांजिस्टर के साथ बनाया जाता है, एक तुलनित्र के रूप में ओपन-लूप संचालित होता है। यदि स्तर को दहलीज पर धकेल दिया जाता है, तो आपको थोड़ी सी त्रुटि मिलती है। प्रोसेसर आमतौर पर 10 ^ -20, IIRC के आदेश पर बिट त्रुटि दर के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। होने के कारण, डिजिटल सर्किट अविश्वसनीय रूप से मजबूत हैं - वे बहुत व्यापक परिस्थितियों में काम करने में सक्षम हैं क्योंकि रैखिकता और शोर मूल रूप से गैर-मुद्दे हैं। डिजिटल रूप से 64 बिट संख्या के साथ काम करना लगभग तुच्छ है। 64 बिट्स डायनेमिक रेंज के 385 डीबी का प्रतिनिधित्व करता है। यह परिमाण के 19 आदेश हैं। नरक में कोई रास्ता नहीं है कि आप एनालॉग सर्किट के साथ कहीं भी पास होने जा रहे हैं। यदि आपका रिज़ॉल्यूशन 1 पिकोवोल्ट (10 ^ -12) है (और यह मूल रूप से तापीय शोर से तुरंत बह जाएगा) तो आपको अधिकतम 10 ^ 7 का समर्थन करना होगा। जो कि 10 मेगावाट है। एनालॉग में उस तरह की गतिशील रेंज पर काम करने का कोई तरीका नहीं है - यह असंभव है। एनालॉग सर्किटरी में एक और महत्वपूर्ण व्यापार बंद बैंडविड्थ / गति / प्रतिक्रिया समय और शोर / गतिशील रेंज है। संकीर्ण बैंडविड्थ सर्किट शोर को औसत करेंगे और एक व्यापक गतिशील रेंज पर अच्छा प्रदर्शन करेंगे। ट्रेडऑफ यह है कि वे धीमे हैं। वाइड बैंडविड्थ सर्किट तेज़ हैं, लेकिन शोर एक बड़ी समस्या है इसलिए डायनेमिक रेंज सीमित है। डिजिटल के साथ, आप डायनामिक रेंज बढ़ाने के लिए या समानांतर, या दोनों में चीजों को करके गति बढ़ाने के लिए समस्या पर बिट्स फेंक सकते हैं।

हालांकि, कुछ कार्यों के लिए, एनालॉग के फायदे हैं - तेज, सरल, कम बिजली की खपत, आदि डिजिटल को स्तर और समय में मात्रा निर्धारित करना है। दोनों में एनालॉग निरंतर है। एक उदाहरण जहां एनालॉग जीत आपके वाईफाई कार्ड में रेडियो रिसीवर में है। इनपुट सिग्नल 2.4 GHz पर आता है। पूरी तरह से डिजिटल रिसीवर को कम से कम 5 गीगासेम प्रति सेकंड पर चलने वाले एडीसी की आवश्यकता होगी। इससे भारी मात्रा में बिजली की खपत होती। और वह एडीसी के बाद प्रसंस्करण पर भी विचार नहीं कर रहा है। अभी, उस गति के ADCs वास्तव में केवल बहुत उच्च प्रदर्शन बेसबैंड संचार प्रणालियों (जैसे उच्च प्रतीक दर सुसंगत ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन) और परीक्षण उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, 2 के नीचे जाने के लिए मुट्ठी भर ट्रांजिस्टर और पैसिव का उपयोग किया जा सकता है।

लब्बोलुआब यह है कि एनालॉग और डिजिटल कम्प्यूटेशन के फायदे और नुकसान हैं। यदि आप शोर, विरूपण, कम गतिशील रेंज, और / या कम परिशुद्धता को सहन कर सकते हैं, तो एनालॉग का उपयोग करें। यदि आप शोर या विरूपण को बर्दाश्त नहीं कर सकते हैं और / या आपको उच्च गतिशील रेंज और उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता है, तो डिजिटल का उपयोग करें। आप अधिक सटीकता प्राप्त करने के लिए समस्या पर हमेशा अधिक बिट्स फेंक सकते हैं। हालांकि, इसके अनुरूप कोई एनालॉग नहीं है।


यह बहुत अधिक उत्थान के योग्य है!
जॉन यू

मुझे पता था! मैं इसे अच्छे शब्दों में नहीं बता सकता। वायरलेस रिसीवर पर अच्छी अतिरिक्त जानकारी।
Smithers

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नमूना और पकड़ सर्किट? चुंबकीय टेप? ध्वन्यात्मक रिकॉर्ड? फ़ोटोग्राफिक फिल्म? एनालॉग मेमोरी डिवाइस निश्चित रूप से मौजूद हैं, लेकिन उनके पास डिजिटल लोगों से थोड़ी अलग विशेषताएं हैं।
alex.forencich

1
कोई भी रेंज, हां। लेकिन किसी भी मनमाने संकल्प के साथ कोई सीमा? इतना नहीं।
alex.forencich

1
@ ईशान प्रवर्धन आपकी डायनामिक रेंज को नहीं बढ़ाता है, आपका न्यूनतम मान (शोर तल) अधिकतम के साथ-साथ दाहिना भी बढ़ जाता है।
म्बिग

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मैंने पिछले महीने " बैक टू द फ्यूचर: एनालॉग सिग्नल प्रोसेसिंग " शीर्षक से आईईईई वार्ता में भाग लिया है । बात आईईईई सॉलिड स्टेट सर्किट सोसाइटी द्वारा की गई थी।

यह प्रस्तावित किया गया था कि एक एनालॉग मैक (गुणा और संचित) डिजिटल की तुलना में कम बिजली की खपत कर सकता है। हालांकि, एक मुद्दा यह है कि एनालॉग मैक एनालॉग शोर का विषय है। इसलिए, यदि आप इसे एक ही इनपुट के साथ दो बार प्रस्तुत करते हैं, तो परिणाम बिल्कुल समान नहीं होंगे।


1
(एनालॉग शोर के लिए +1)।
जॉर्ज हेरोल्ड

इसी तरह, युद्धपोतों पर यांत्रिक कंप्यूटरों के उपयोग पर एक लेख arstechnica.com/information-technology/2014/03/…
Doombot

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आप जिस बारे में बात कर रहे हैं उसे एनालॉग कंप्यूटर कहा जाता है, और कंप्यूटर के शुरुआती दिनों में काफी व्यापक था। 60 के दशक के अंत तक वे अनिवार्य रूप से गायब हो गए थे। समस्या यह है कि न केवल डिजिटल की तुलना में परिशुद्धता बहुत खराब है, बल्कि सटीकता भी है। और डिजिटल गणना की गति भी मामूली एनालॉग सर्किट की तुलना में बहुत तेज है।

एनालॉग डिवाइडर वास्तव में संभव हैं, और एनालॉग डिवाइसेस लगभग 10 विभिन्न मॉडल बनाते हैं। ये वास्तव में गुणक होते हैं जो कि एक सेशन के फीडबैक पथ में प्रविष्ट हो जाते हैं, जो एक विभक्त का निर्माण करते हैं, लेकिन AD का उपयोग डिविडर के बड़े (60 dB, मुझे लगता है) डायनामिक रेंज के लिए एक समर्पित डिवाइडर का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

मूल रूप से, एनालॉग गणना डिजिटल की तुलना में धीमी और गलत है। केवल इतना ही नहीं, बल्कि किसी विशेष अनुरूप संगणना की प्राप्ति के लिए हार्डवेयर के पुन: संयोजन की आवश्यकता होती है। खेल में देर से, हाइब्रिड एनालॉग कंप्यूटर का उत्पादन किया गया, जो सॉफ्टवेयर नियंत्रण के तहत ऐसा कर सकता था, लेकिन ये भारी थे और विशेष उपयोगों को छोड़कर कभी भी पकड़े नहीं गए थे।


6
मुझे आपका उत्तर, (+1) और प्रश्न पसंद है। लेकिन मैं गति भाग पर असहमत हूँ। एनालॉग बहुत तेज है। समस्या सटीक है और शायद सबसे महत्वपूर्ण रूप से शोर है। एनालॉग में हमेशा कुछ शोर होता है। डिजिटल शोर मुक्त, कंप्यूटर-वार है।
जॉर्ज हेरोल्ड

आपके नम्र शब्दों के लिए धन्यवाद। परंतु। एनालॉग "बहुत" तेज हो सकता है लेकिन सामान्य रूप से डिजिटल तेजी से होता है। और शोर को अनुकरण करना आसान है।
WhatRoughBeast

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एनालॉग तेज़ है, अगर यह सिर्फ अंकगणित, ऍक्स्प, sqrt आदि है, लेकिन जैसे ही आप संधारित्र या प्रारंभकर्ता को जोड़ते हैं, भेदभाव और एकीकरण के लिए आवश्यक है, तो यह धीमा है। इतिहास के एनालॉग कंप्यूटर का उपयोग अक्सर अंतर समीकरणों को हल करने के लिए किया जाता था - वे "धीमी" थे। लेकिन कुछ ने सिर्फ बीजगणित किया। इसलिए मैं देख सकता हूं कि अलग-अलग लोगों की एनालॉग गणना की गति पर अलग-अलग विचार क्यों हो सकते हैं।
डैरनव

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क्या आप बता सकते हैं कि एनालॉग धीमा क्यों है? डिजिटल कंप्यूटर में कुछ निर्देश "धीमे" होते हैं क्योंकि उन्हें पूरा करने के लिए कुछ पुनरावृत्तियों की आवश्यकता होती है। लेकिन एनालॉग के साथ मेरा मानना ​​है कि परिणाम प्राप्त करने के लिए केवल एक पास चाहिए।
श्रीफल

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@mrpyo - बिल्कुल, आप दोनों कार्य कर सकते हैं। यदि आप एक गुणक लेते हैं और दोनों इनपुट को एक साथ जोड़ते हैं, तो यह "स्क्वर" बन जाता है। यदि आप सर्किट का उपयोग करते हैं तो फोटॉन ने अपने उत्तर में इस्तेमाल किए गए दोनों इनपुट के साथ ऑप amp आउटपुट से जुड़ा होता है, यह वर्गमूल उत्पन्न करता है। एक डायोड में वोल्टेज / वर्तमान संबंध घातीय है, इसलिए आप उस का उपयोग कर सकते हैं जिससे घातांक उत्पन्न हो। और एक प्रतिक्रिया पथ में एक डायोड डालकर आप लॉगरिथम प्राप्त करते हैं। सभी मामलों में, हालांकि, डायनामिक रेंज को एम्पलीफायर ऑफ़सेट्स, ड्रिफ्ट्स आदि द्वारा सीमित किया जा सकता है और डायोड सर्किट के लिए अन्य त्रुटि स्रोत भी हैं।
व्हाट्सएप बीट

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क्या एनालॉग सिग्नल डिवीजन संभव है (जैसा कि FPU गुणन अक्सर एक सीपीयू चक्र लेता है)?

यदि आपके पास एक एनालॉग गुणक है, तो एक एनालॉग विभक्त बनाने के लिए "आसान" है:

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध

मान लें कि X1 और X2 सकारात्मक हैं, यह Y = X1 / X2 को हल करता है।

एनालॉग मल्टीप्लायर मौजूद हैं, इसलिए यह सर्किट सिद्धांत रूप में संभव है। दुर्भाग्य से अधिकांश एनालॉग मल्टीप्लायरों में अनुमत इनपुट मानों की काफी सीमित सीमा होती है।

एक और तरीका यह होगा कि आप पहले ए 1 और एक्स 2 का लघुगणक प्राप्त करने के लिए लॉग एम्पलीफायरों का उपयोग करें, घटाएं और फिर एक्सप्रेशन करें।

यदि डिजिटल FPUs (CPU -> ADC -> अनुरूप FPU -> DAC -> CPU) के बजाय एनालॉग सिग्नल अंकगणितीय (सटीक की लागत पर) का उपयोग करने पर क्या आधुनिक प्रोसेसर को गति देना सैद्धांतिक रूप से संभव होगा?

दिल में यह तकनीक का सवाल है --- डिजिटल ऑपरेशंस को तेज करने के लिए R & D में इतना निवेश किया गया है कि एनालॉग टेक्नोलॉजी के पास इस बिंदु पर पकड़ बनाने के लिए लंबा रास्ता तय करना होगा। लेकिन यह कहने का कोई तरीका नहीं है कि यह बिल्कुल असंभव है।

दूसरी ओर, मैं अपने क्रूड डिवाइडर सर्किट को 10 मेगाहर्ट्ज से ऊपर काम करने की उम्मीद नहीं करूंगा, ताकि कुछ बहुत सावधानी से काम किया जा सके और शायद इसे तेजी से आगे बढ़ने के लिए गहरी गोता लगाने के लिए शोध किया जा सके।

इसके अलावा, आप कहते हैं कि हमें सटीकता की उपेक्षा करनी चाहिए, लेकिन एक सर्किट जैसा कि मैंने आकर्षित किया है, शायद केवल 1% या तो बिना ट्यूनिंग के सटीक है और शायद नई तकनीक का आविष्कार किए बिना केवल 0.1% तक। और इनपुट की गतिशील रेंज जो उपयोगी रूप से गणना की जा सकती है, उसी तरह सीमित है। इतना ही नहीं उपलब्ध डिजिटल सर्किट की तुलना में यह शायद 100 से 1000 गुना धीमा है, इसकी गतिशील सीमा संभवतः लगभग 10 300 गुना बदतर है (साथ ही IEEE 64-बिट फ्लोटिंग पॉइंट की तुलना में)।


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अरे मुझे एक पुराना AD गुणक मिला है जो 10 MHz करता है। मुझे यकीन है कि मैं अब कुछ तेज कर सकता हूं। बस इस विषय में एक बंदर रिंच फेंकने के लिए, अगर क्वांटम कंप्यूटिंग कभी बाहर निकलता है तो यह एनालॉग होगा।
जॉर्ज हेरोल्ड

@ जॉर्ज, यह मेरा सबसे अच्छा तर्क है कि क्वांटम कंप्यूटिंग साँप का तेल है।
फोटॉन

बहुत साफ सुथरी चाल। सिवाय मुझे लगता है कि गणना ए (एक्स 1) / (1 + ए (एक्स 2)), जो एक बड़े लाभ के लिए सटीक होना चाहिए ए
येल झांग

@georgeherold एक मिक्सर वास्तव में थोड़ा विषम इनपुट आवश्यकताओं के साथ सिर्फ एक तेज एनालॉग गुणक है, और मुझे लगता है कि माइक्रोवेव लोगों को इन दिनों 60 गीगाहर्ट्ज या उससे अधिक तक मिल रहा है
mbrig

@ mbrig, कठिनाई op-amp है और फीडबैक लूप को बंद रखा है।
फोटॉन

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  1. नहीं, क्योंकि डीएसी और एडीसी रूपांतरण डिजिटल विभाजन या गुणा से अधिक समय लेते हैं।

  2. एनालॉग गुणा और भाग उतना सरल नहीं है, अधिक ऊर्जा का उपयोग करता है और यह लागत कुशल नहीं होगा (डिजिटल आईसी की तुलना में)।

  3. फास्ट (गीगाहर्ट्ज रेंज) एनालॉग गुणा और विभाजन आईसी में लगभग 1% की सटीकता है। इसका मतलब है कि आप सभी को तेज एनालॉग डिवाइडर पर विभाजित कर सकते हैं ... 8-बिट संख्या या ऐसा कुछ। डिजिटल आईसी बहुत तेजी से इस तरह की संख्या से निपटते हैं।

  4. 3.410343.41034

यहाँ आप एनालॉग डिवाइसेस और एनालॉग डिवाइसेस द्वारा दिए गए गुणक ( लिंक ) को देख सकते हैं

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

सामान्य कंप्यूटिंग में ये चीजें बहुत उपयोगी नहीं हैं। एनालॉग सिग्नल प्रोसेसिंग में ये बहुत बेहतर हैं।


4. बिल्कुल नहीं। फ्लोटिंग पॉइंट नंबर को वैज्ञानिक संकेतन में दर्शाया गया है, मूल रूप से दो नंबर - गुणांक और घातांक दोनों अधिक सीमित सीमा को कवर करते हैं।
म्रिचो

@mrpyo क्या आपको यकीन है? मुझे लगता है कि 16-बिट फ्लोट रेंज संख्याओं से बहुत अधिक है जो मैंने संपादित करने से पहले लिखी थी (0000000000000.1 और 10000000000000 जैसी कुछ)।
कामिल

en.wikipedia.org/wiki/IEEE_floating_point C के लिए floatयह गुणांक के लिए 23 बिट्स, प्रतिपादक के लिए 8 बिट्स और साइन के लिए 1 बिट है। आपको एनालॉग में उन 3 श्रेणियों का प्रतिनिधित्व करना होगा।
म्रिचो

क्या आप श्रृंखला में कई इकाइयां होने और उस समय केवल एक का उपयोग करके आवश्यक आवृत्ति को कम नहीं कर सकते थे?
म्रिचो

4
फ्लोटिंग पॉइंट का वास्तविक एनालॉग समतुल्य लघुगणक डोमेन होगा, इसलिए बेतुका उच्च गतिशील रेंज (FP mantissa से अधिक) आवश्यक नहीं है। अन्यथा, अच्छे अंक।
ब्रायन ड्रमंड

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दरअसल, शोधकर्ता अब वीएलएसआई के संदर्भ में एनालॉग कंप्यूटिंग तकनीकों का फिर से दौरा कर रहे हैं, क्योंकि एनालॉग कम्प्यूटेशन विशिष्ट अनुप्रयोगों में डिजिटल लोगों की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा दक्षता प्रदान कर सकता है। देखें यह पेपर:

http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=7313881&tag=1

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