Notes

System
A system is an arrangement in which all its unit assemble work together according to a set of rules. It can also be defined as a way of working, organizing or doing one or many tasks according to a fixed plan. For example, a watch is a time displaying system. Its components follow a set of rules to show time. If one of its parts fails, the watch will stop working. So we can say, in a system, all its subcomponents depend on each other.

Embedded System
As its name suggests, Embedded means something that is attached to another thing. An embedded system can be thought of as a computer hardware system having software embedded in it. An embedded system can be an independent system or it can be a part of a large system. An embedded system is a microcontroller or microprocessor based system which is designed to perform a specific task. For example, a fire alarm is an embedded system; it will sense only smoke.

An embedded system has three components −

It has hardware.

It has application software.

It has Real Time Operating system (RTOS) that supervises the application software and provide mechanism to let the processor run a process as per scheduling by following a plan to control the latencies. RTOS defines the way the system works. It sets the rules during the execution of application program. A small scale embedded system may not have RTOS.

So we can define an embedded system as a Microcontroller based, software driven, reliable, real-time control system.

Characteristics of an Embedded System
Single-functioned − An embedded system usually performs a specialized operation and does the same repeatedly. For example: A pager always functions as a pager.

Tightly constrained − All computing systems have constraints on design metrics, but those on an embedded system can be especially tight. Design metrics is a measure of an implementation's features such as its cost, size, power, and performance. It must be of a size to fit on a single chip, must perform fast enough to process data in real time and consume minimum power to extend battery life.

Reactive and Real time − Many embedded systems must continually react to changes in the system's environment and must compute certain results in real time without any delay. Consider an example of a car cruise controller; it continually monitors and reacts to speed and brake sensors. It must compute acceleration or de-accelerations repeatedly within a limited time; a delayed computation can result in failure to control of the car.

Microprocessors based − It must be microprocessor or microcontroller based.

Memory − It must have a memory, as its software usually embeds in ROM. It does not need any secondary memories in the computer.

Connected − It must have connected peripherals to connect input and output devices.

HW-SW systems − Software is used for more features and flexibility. Hardware is used for performance and security.

Embedded Systems
Advantages
Easily Customizable
Low power consumption
Low cost
Enhanced performance
Disadvantages
High development effort
Larger time to market
Basic Structure of an Embedded System
The following illustration shows the basic structure of an embedded system −

Embedded Systems Structure
Sensor − It measures the physical quantity and converts it to an electrical signal which can be read by an observer or by any electronic instrument like an A2D converter. A sensor stores the measured quantity to the memory.

A-D Converter − An analog-to-digital converter converts the analog signal sent by the sensor into a digital signal.

Processor & ASICs − Processors process the data to measure the output and store it to the memory.

D-A Converter − A digital-to-analog converter converts the digital data fed by the processor to analog data

Actuator − An actuator compares the output given by the D-A Converter to the actual (expected) output stored in it and stores the approved output.

हिंदी नोट्स
Embedded System in Hindi – एम्बेडेड सिस्टम क्या है?
Embedded system एक dedicated computer सिस्टम है जिसे सिर्फ एक विशिष्ट task (कार्य) को करने के लिए डिज़ाइन किया गया होता है। एक एम्बेडेड सिस्टम सॉफ्टवेर तथा हार्डवेयर का एक combination (संयोजन) होता है.



जैसे ही इसके नाम से पता लग रहा है, embedded का अर्थ है कि कोई एक चीज किसी दूसरी चीज से जुडी हुई है. तो इस प्रकार हम कह सकते है कि embedded system एक कंप्यूटर हार्डवेयर सिस्टम है जिसमें software जुड़ा हुआ है.

एम्बेडेड सिस्टम एक independent system हो सकता है या फिर यह एक बहुत बड़े system का हिस्सा हो सकता है.

एक एम्बेडेड सिस्टम microcontroller या microprocessor पर आधारित सिस्टम होता है और इसे किसी विशेष task (कार्य) को करने के लिए design किया जाता है. उदाहरण के लिए:- एक fire alarm system एक एम्बेडेड सिस्टम है जो केवल smoke (धुएँ) को ही sense कर सकता है.

एक embedded system के पास तीन components होते हैं:-



इसके पास hardware होता है.
इसके पास software होता है.
इसमें real time operating system (RTOS) होता है जो कि एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर की निगरानी करता है और प्रोसेसर को एक प्रोसेस करने का mechanism (तंत्र) प्रदान करता है. RTOS यह डिफाइन करता है कि system कार्य किस प्रकार करेगा. यह एप्लिकेशन प्रोग्राम को execute करने के दौरान नियमों को निर्धारित करता है। एक छोटे स्तर के एम्बेडेड सिस्टम में RTOS नहीं होता है।
Characteristics of Embedded System in Hindi – एम्बेडेड सिस्टम की विशेषताएं
इसकी विशेषताएं निम्नलिखित है:-

1:- Single-functioned (केवल एक कार्य) – यह सिस्टम आमतौर पर एक ही विशेष कार्य करता है और उस कार्य को बार-बार करता है। उदाहरण के लिए:- एक pager हमेशा पेजर की तरह कार्य करेगा.

2:- Reactive और Real time– बहुत सारें एम्बेडेड सिस्टम को सिस्टम के environment में changes (बदलाव) होने पर लगातार react करना चाहिए और किसी भी देरी के बिना real time में results को compute करना चाहिए।

चलिए उदाहरण के लिए हम car cruise controller को लेते है; यह लगातार speed और break sensor की निगरानी करता है और react (प्रतिक्रिया) करता है। इसे सीमित समय के भीतर बार-बार acceleration या de-acceleration को compute करना चाहिए। अगर compute करने में देरी हो जाती है तो car का control फेल हो सकता है.

3:- Microprocessors based (माइक्रोप्रोसेसर पर आधारित) – ये माइक्रोप्रोसेसर या माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित होने चाहिए।



4:- Memory – इसमें एक मेमोरी होनी चाहिए, क्योंकि इसका सॉफ्टवेयर आमतौर पर ROM में embed रहता है। इसे कंप्यूटर में किसी भी secondary memory की जरूरत नहीं होती है।

5:- Connected (जुड़ना) – इसमें इनपुट और आउटपुट डिवाइस को कनेक्ट करने के लिए connected peripheral होना चाहिए।

6:- हार्डवेयर-सॉफ्टवेर सिस्टम – सॉफ्टवेयर का उपयोग अधिक features और flexibility के लिए किया जाता है तथा हार्डवेयर का उपयोग performance और security के लिए किया जाता है।

7:- इनके पास बहुत ही कम या कोई user interface (UI) नहीं होता है। एक पूरी तरह से automatic वाशिंग मशीन अपने आप ही काम करती है जब उसे set कर दिया जाता है. और कार्य समाप्त होने के बाद अपने आप बंद हो जाती है।

8:- ज्यादातर embedded system छोटे आकार के होते हैं, कम power के साथ काम कर सकते हैं और बहुत महंगे नहीं होते हैं।

9:- एंबेडेड सिस्टम को users के द्वारा change या upgrade नहीं किया जा सकता है। इसलिए ये reliable और stable होने चाहिए. और ये बिना किसी कठिनाई के लंबे समय तक कार्य करते रहने चाहिए। जिससे कि users को कोई मुश्किल ना आये.

advantage of embedded system in hindi – एम्बेडेड सिस्टम के फायदे
इसके लाभ निम्नलिखित हैं:-



इसे आसानी से customize किया जा सकता है.
यह बहुत ही कम power को consume करता है.
इसका मूल्य (cost) बहुत ही कम होता है.
इसकी performance बहुत ही अच्छी होती है.
ये systems बहुत ही ज्यादा stable तथा reliable होते हैं.
एम्बेडेड सिस्टम size में बहुत ही छोटे होते है, इसलिए इन्हें कहीं भी ले जाया और लोड किया जा सकता है।
ये बहुत ही fast होते हैं.
ये product की quality को बेहतर बनाते हैं.
एम्बेडेड सिस्टम के नुकसान
इसकी हानियाँ निम्नलिखित हैं:-

एक बार इन्हें configure करने के बाद बदला नहीं जा सकता है और इन्हें users खुद से upgrade या change नहीं कर सकते.
इन्हें maintain करना बहुत ही मुश्किल होता है और इन systems की files का backup लेना भी कठिन होता है.
इन systems के लिए troubleshooting बहुत difficult है. एक system से दूसरे system में data को ट्रान्सफर करना भी कठिन कार्य है.
चूँकि ये केवल एक विशेष कार्य के लिए design किये जाते है इसलिए इनका हार्डवेयर सिमित होता है.
structure of embedded system in hindi – एम्बेडेड सिस्टम की संरचना
नीचे चित्र में इसका बेसिक structure दिया गया है:-

embedded system structure in hindi
इमेज सोर्स
Sensor (सेंसर):- यह physical quantity को मापता है और इसे electrical signal में बदल देता है. इस electrical signal को observer के द्वारा या electrical यंत्र जैसे:- A2D Converter के द्वारा read किया जाता है. एक sensor मापी गयी quantity को memory में स्टोर करता है.

A-D Converter:- एक analog to digital converter सेंसर के द्वारा भेजी गयी analog signal को digital signal में बदल देता है.

Processor & ASICs:- प्रोसेसर, output को मापने के लिए data को प्रोसेस करता है तथा इसे memory में स्टोर करता है.

D-A Converter:- एक digital to analog converter डिजिटल डेटा को एनालॉग डेटा में परिवर्तित करता है।

Actuator:- एक Actuator जो है वह D-A कनवर्टर द्वारा दिए गए आउटपुट की actual (वास्तविक) आउटपुट से तुलना करता है।

applications of embedded system in hindi – एम्बेडेड के अनुप्रयोग
इनका प्रयोग निम्नलिखित real life जगहों पर किया जाता है:-

Consumer electronics – टेलीविजन, डिजिटल कैमरा, computer printers, विडियो गेम कंसोल, तथा PS4 आदि में इनका use किया जाता है.

Household appliance में – रेफ्रिजरेटर; वॉशिंग मशीन, माइक्रोवेव ओवन, एयर कंडीशनर आदि में.

Medical Equipment में – scanners जैसे:- MRI, CT स्कैन के लिए; ECG मशीन- रक्तचाप और दिल की धड़कन की निगरानी के लिए उपकरण।

ऑटोमोबाइल में- ईंधन इंजेक्शन प्रणाली, एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम, संगीत और मनोरंजन प्रणाली, एयर-कंडीशनर को नियंत्रित करने आदि में इनका प्रयोग किया जाता है.

industry में – असेंबली लाइन्स, फीडबैक के लिए, डेटा कलेक्शन के लिए इन सिस्टम का use किया जाता है।

Aerospace में:- navigation, GPS आदि में.

communication में:- routers, satellite में इनका प्रयोग होता है.

Difference between combinational and sequential circuits in Hindi
इनके मध्य अंतर को हम नीचे दी गयी table के द्वारा आसानी से समझ सकते हैं:-

अंतर का आधार COMBINATIONAL CIRCUIT SEQUENTIAL CIRCUIT
Output इसमें output को इनपुट की वर्तमान (present) state के द्वारा खोजा जाता है.
इसमें present input और past state output दोनों का उपयोग output की पहचान करने के लिए किया जाता है।
स्टोरेज क्षमता combinational circuit जो है वह Data को स्टोर नहीं कर सकते हैं. ये किसी भी memory element को contain नहीं करते हैं.
sequential circuit बहुत छोटी मात्रा में data को स्टोर कर सकते हैं. इनमें memory element होते हैं जो डेटा को डिजिटल सर्किट में संग्रहीत करते हैं।
feedback इन्हें किसी भी प्रकार की feedback की आवश्यकता नहीं होती है.
इन circuits को memory space में inputs को save करने के लिए output से feedback की आवश्यकता होती है.
Application (अनुप्रयोग) इनका मुख्यतःप्रयोग adder, encoder, multiplexer, decoder, subtractor और etcetera आदि में किया जाता है. तथा इनका प्रयोग boolean algebra एवं arithmetic ऑपरेशनों में किया जाता है.
इन circuits का प्रयोग फ्लिप-फ्लॉप तथा latches में किया जाता है. डाटा स्टोरेज के लिए ये बहुत ही उपयोगी होती है इसलिए इन्हें RAM में किया जाता है.
elementary building blocks इस प्रकार के सर्किट्स के elementary building blocks लॉजिक गेट होते हैं. sequential circuits के elementary building blocks फ्लिप-फ्लॉप होते हैं.
clock ये सर्किट्स clock पर निर्भर नहीं रहते हैं. इसलिए इनके operations के लिए triggering महत्वपूर्ण नहीं है। इसमें triggering को करने के लिए clock का उपयोग किया जाता है।
Speed इसकी speed (गति) तेज होती है.
इसकी speed धीमी होती है.
उदाहरण एनकोडर, डिकोडर, मल्टीप्लेक्सर, डिमल्टीप्लेक्सर आदि
फ्लिप फ्लॉप तथा काउंटर आदि



General Purpose Processor (GPP): GPP is used for processing signal from input to output by controlling the operation of system bus, address bus and data bus inside an embedded system.
Types of general purpose processor are:

Microprocessor
Microcontroller
Digital signal processor
Analog signal processor


Application Specific Instruction Processor(ASIP): ASIP is application dependent instruction processors. It is used for processing the various instruction set inside a combinational circuit of an embedded system.