Вспомогательный арифметический блок
Цифровые процессоры часто имеют вспомогательный арифметический блок. Он предназначен для выполнения других математических вычислений и логических операций в то время, пока основной арифметический блок занят.
Последовательные порты
Цифровые процессоры обычно имеют последовательные порты для высокоскоростной связи с другими процессорами и преобразователями данных. Последовательные каналы более предпочтительны, нежели параллельные, поскольку упрощают задачи, связанные с декодированием адреса.
¡ Память
Память содержит информацию и команды для ЦПОС. Хотя цифровые процессоры являются интеллектуальными машинами, все же им необходимо подсказывать, что делать. Устройства памяти содержат последовательность команд, которые указывают процессору, какие операции выполнять с данными (т.е. с информацией). В большинстве случаев ЦПОС читает в памяти некие данные, обрабатывает их и записывает в память. Память является неотъемлемой частью любой системы ЦОС. Едва ли не все системы ЦОС имеют несколько различных устройств памяти. Некоторые процессоры имеют внутрикристальную память, которая работает значительно быстрее, чем внешняя.
¡ Аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи
Преобразователи выполняют для ЦПОС роль переводчика. Так как ЦПОС может работать только с цифровыми данными, сигналы, поступающие из внешнего мира, должны быть преобразованы в цифровые сигналы. Если к тому же процессор снабжен устройством вывода, сигнал должен быть преобразован в аналоговую форму с тем, чтобы он был понят внешним миром.
|
|
|
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) принимает входной аналоговый сигнал и превращает его в цифровые данные, состоящие только из нулей «0» и единиц «1». Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) выполняет обратную операцию: принимает цифровые данные и преобразует их в непрерывный аналоговый сигнал.
¡ Пауза
Пустой блок будет содержать ЦАП, если потребуется получать аналоговый выходной сигнал.
¡ Порты
Порты связи необходимы любой системе ЦОС. На вход процессора поступает первичная информация, а обработанная информация выдается во внешний мир через эти порты. Например, система ЦОС через порты может выводить информацию на принтер. Наиболее распространенными являются «последовательные» и «параллельные» порты. Последовательный порт принимает последовательный поток данных и преобразует его в формат, который необходим процессору. При желании иметь выходные данные в последовательном формате такой порт преобразует получаемые от процессора данные в последовательный поток (например, подобным образом модем согласуется с персональным компьютером). Параллельный порт выполняет такую же работу, за исключением того, что входные и выходные данные представляются в параллельном формате. Наиболее распространенным примером порта данного типа является порт принтера на персональном компьютере.
|
|
|
Почему все-таки необходим цифровой процессор обработки сигналов? Разве нельзя воспользоваться микропроцессором общего назначения, чтобы с таким же успехом обрабатывать сигналы? Попытаемся ответить на этот вопрос.
¡ Сложение и вычитание
Операции сложения и вычитания совсем просто выполняются микропроцессорами общего назначения за один или незначительное число командных циклов. Цифровое сложение подобно десятичному сложению. Приведенный пример показывает сложение «1» и «2». Десятичный результат равен «3».
¡ Умножение и деление
Умножение и деление являются более сложными операциями. Операция цифрового умножения может состоять из ряда операций «сдвига» и «сложения». В нашем примере показано умножение «2» на «4». При 4-разрядном двоичном представлении десятичного числа 2 второй бит дважды сдвигается влево, чтобы умножить 2 на 4 (т.к. 4 = 22).
|
|
|
Микропроцессоры общего назначения оказываются весьма медленными при выполнении операций умножения и деления. Для выполнения одной операции умножения им обычно требуется осуществить целый ряд операций сдвига, сложения и вычитания.
¡ Пауза
Операция сдвига влево первый раз обращает число «0010» в число «0100», а второй раз – в число «1000». Блок будет содержать «1000».
¡ Пример
Микропроцессор 68000ТМ использует 10 командных циклов для сложения и 74 цикла – для умножения.
¡ Что требуется?
Цифровая обработка сигналов по своей природе требует большого количества вычислений вида:
A = B*C + D
Этим объясняется необходимость в специальном устройстве, которое могло бы выполнять умножение и сложение за один командный цикл. Введение подобных устройств в процессоры, предназначенные для решения задач общего характера, не связанных с обработкой сигналов, нецелесообразно. Вместе с тем, для ЦПОС наличие такого специального устройства является обязательным требованием.
¡ MAC
В системе команд большинства процессоров имеется специальная команда, которая обеспечивает умножение, суммирование и сохранение результата в одном цикле. Эта команда обычно называется «МАС» (сокращение от Multiply – умножать, ADD- складывать, Accumulate - накапливать). При работе с цифровыми процессорами вы очень часто будете встречаться с этой командой или ее разновидностями.
|
|
|
Мы установили, что для цифровых процессоров необходимо специализированное оборудование, способное выполнять функции умножения, сложения и накопления за возможно более короткое время (желательно за один командный цикл). Тем не менее, главная задача остается. Однако главная задача сделать быстрой операцию умножения остается, поскольку без этого стоящий ЦПОС останется мечтой.
Одним из самых больших препятствий в развитии цифровой обработки вплоть до начала 1980-х годов оставалась реализация быстродействующих умножителей. В 1970-е годы в мире уже существовало несколько ведущих исследовательских лабораторий, занимавшихся разработкой быстрых цифровых умножителей, у которых было бы реальное
¡ Время умножения
В 1971 году Линкольновская лаборатория сконструировала умножитель, состоявший из 10 000 интегральных схем и выполнявший эту операцию всего за 600 нс. К середине 70-х годов время умножения в 200 нс уже стало привычным. Это позволило проектировать приемлемые цифровые процессоры обработки сигналов. Ранние разработки были дорогостоящими и отличались большими размерами, однако быстрое умножение определило их целесообразность.
В начале 1980-х годов появились однокристальные ЦПОС с приемлемой производительностью и с тех пор время умножения непрерывно падает. В современных 16-разрядных приборах с фз время умножения достигает 25 нс. Технология быстрого умножения была признана выдающимся достижением.
Познакомимся теперь поближе с внутренней архитектурой вычислительной машины, чтобы увидеть, каким образом архитектура влияет на конструкцию кристаллов ЦПОС.
¡ Машины с сохраняемой программой
Вычислительные машины для своей работы нуждаются в командах. Машине шаг за шагом должно быть указано, что выполнять. Сделать это довольно легко, если хранить команды в памяти. Тогда вычислитель должен только выбрать и выполнить команду. Такие вычислители называются машинами «с сохраняемой программой». Наш символический вычислитель выбирает сначала команду, затем данные, обрабатывает их и полученный результат вновь передает в память.
Известны два широко распространенных типа архитектуры вычислителей: фон-неймановская и гарвардская.
¡ Фон-неймановская
Машины фон-Неймана хранят программу и данные в одной и той же области памяти. В машинах этого типа команды содержат указание, что выполнить, и адрес данных, подлежащих обработке. Внутри этой машины имеются два основных функциональных блока. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет самые важные операции: умножение, сложение, вычитание и многие другие. На основе этих очень простых, но важных операций, можно создать такое сложное программное средство как текстовый редактор. Другой блок – устройство ввода/вывода управляет потоком внешних, относительно машины, данных.
¡ Гарвардская архитектура
Единственное отличие гарвардской архитектуры состоит в том, что память программ и память данных разделены, и они используют физически разделенные линии передачи. Это позволяет подобной машине пересылать команды и данные одновременно. Следовательно, такая конструкция может значительно увеличить производительность ЦПОС. Гарвардская машина, как и фон-неймановская, имеет арифметико-логическое устройство и устройство ввода/вывода.
¡ История архитектуры
История рассмотренных архитектур очень интересна. Гарвардская архитектура была разработана Говардом Айхеном (Howard Aiken) в конце 1930-х годов в Гарвардском университете (отсюда - название). Первая машина Harvard Mark1 работала уже в 1944 году. За ней в 1946 году последовал «электронный числовой интегратор и калькулятор» (Electronic Numerical Integrator and Calculator - ENIAC), разработанный Пенсильванским университетом.
Джон фон-Нейман, математик венгерского происхождения, предложил простейшую архитектуру, а именно – с объединенной памятью программного продукта и данных. С тех пор это простое решение стало стандартом. Машина фон-Неймана была создана в Принстонском институте новейших исследований в 1951 году.
¡ Приложения
Персональные компьютеры общего назначения используют процессоры, построенные согласно архитектуре фон-Неймана. Другие семейства компьютеров также используют архитектуру фон-Неймана. Гарвардская архитектура является наиболее подходящей для специализированных микропроцессоров, предназначенных для решения прикладных задач в реальном времени.
Цифровые процессоры обработки сигналов обычно используют гарвардскую архитектуру, хотя существуют и процессоры с фон-Неймановской архитектурой. Однако гарвардской архитектуре присущ один недостаток. Вследствие того, что память данных и память программ разделены, на кристалле необходимо иметь в два раза больше выводов адреса и данных. К сожалению, кремниевая технология такова, что увеличение числа выводов на кристалле приводит к росту цены. Однако блестящие инженеры-электронщики, которые долго бились над этой проблемой, предложили изящное решение. Оно состоит в том, чтобы для всех внешних данных, включая команды, использовать одну шину, а другую – для адресации, внутри же процессора иметь отдельную шину команд и шину данных и две соответствующих шины адреса. Разделение информации о программе и данных на выводах процессора производится благодаря их временному разделению (мультиплексированию). На это требуется два командных цикла: в первом цикле на выводы поступает информация о программе, а во втором на эти же выводы поступают данные. Затем все повторяется. Такие машины называются процессорами «с модифицированной гарвардской архитектурой». В дальнейшем мы рассмотрим пример такого процессора.
Семейство процессоров TMS320C5X является хорошим примером машины с модифицированной гарвардской архитектурой. Один из процессоров этого ряда ’C5x применяется в плате для начального обучения (DSP Starter Kit - DSK), который используется в демонстрациях. Познакомимся поближе с его архитектурой.
¡ Архитектура TMS320C5X
Гарвардская архитектура позволяет одновременно осуществлять выборку данных и команд. Это повышает производительность, поскольку процессоры могут выполнять обе функции в одно и то же время. Исчезает необходимость прерывания потока данных для выборки команды. Компромисс между производительностью и стоимостью достигается за счет модифицированной гарвардской архитектуры. Стоимость кристалла удерживается низкой благодаря использованию только одного набора внешних выводов для адреса и данных, а высокая производительность достигается разделением всех внутренних шин адреса и данных. Применение неполной гарвардской архитектуры, конечно, приводит к незначительной потере производительности, однако она существенно перекрывается снижением стоимости.
Разделение шины данных и шины программ показано на простейшей блок-схеме процессора TMS320C5X. Внешне процессор ’C5x может быть ошибочно принят за процессор с архитектурой фон-Неймана, поскольку он имеет только один четко выраженный комплект данных и шин. В действительности внутри процессора шины данных и программ разделены.
Функционирование всех узлов процессора точно синхронизировано. В одном цикле из внешней памяти выбирается команда, а в следующем – выбираются данные. После завершения обработки данных результат обычно сохраняется в памяти.
Процессор ’C5x обладает высокой степенью параллелизма, т.е. пока данные обрабатываются одной частью центрального модуля обработки (CPU), другие арифметические операции выполняются во вспомогательном арифметическом устройстве (AAU). Такой параллелизм достигается благодаря использованию мощного набора арифметических, логических операций и операций бит-манипуляции, каждая из которых может выполняться всего за один командный цикл.
Внутренние аппаратные средства процессора ’C5x выполняют функции, которые в других процессорах обычно реализуются программно или микрокомандами, хранящимися в ПЗУ. Например, процессор может содержать такие аппаратные средства: одноцикловый умножитель с разрядностью 16´16, сдвигатель данных и устройство управления адресом. Принцип максимального насыщения аппаратными средствами обеспечивает очень высокую вычислительную способность, не достижимую ранее на одном кристалле.
¡ Программа
Кристалл ЦПОС является частью аппаратных средств, который не может работать без интеллекта программы. Программа представляет собой последовательность команд, необходимых для выполнения определенных функций. В дальнейших демонстрациях мы увидим несколько примеров программирования для воспроизведения музыкальных мелодий. Чтобы написать эти программы, необходимо воспользоваться «ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫМИ СРЕДСТВАМИ».
¡ Ассемблеры
Ассемблеры выполняют трансляцию (т.е. перевод ) текста программы, написанной в символической форме на языке ассемблера, в систему команд в машинном коде. Машинный код представляет собой совокупность двоичных цифр. Постараемся запомнить следующие две строки
‘ADD A, B’
‘111000100101010001001’
Какую из них легче понять и запомнить ? Ответ очевиден. Ассемблеры принимают команды в виде текста и преобразуют их в машинный язык. Это освобождает нас от необходимости запоминать двоичные коды команд процессора.
¡ Язык высокого уровня
Языки высокого уровня подобны языкам ассемблеров, но значительно более дружественны. Ассемблеры имеют самые основные команды, такие как умножение, сложение и сравнение. Языки высокого уровня имеют и команды высокого уровня, такие как печать и неоднократное повторение. Поэтому писать программы легче на языках высокого уровня.
Хотя на языке высокого уровня программу написать легче, с помощью языка ассемблера можно создавать программы, которые выполняются быстрее. По этим соображениям в процессорах используются оба языка. Иногда критический ко времени участок программы необходимо писать на языке ассемблера. Полная программа может иметь участки в кодах ассемблера и участки на языке высокого уровня. Программирование на обоих языках легко комбинировать в линейно выполняемой программе. Языки ассемблеров и языки высокого уровня позволяют программировать процессоры для выполнения разнообразных функций.
¡ Симуляторы
Программные симуляторы имитируют управление платой. Симулятор процессора представляет собой программную модель данного кристалла. Симулятор загружается в компьютер и моделирует почти все функциональные возможности и напряжения на выводах процессора. Симуляторы используются для отладки программы и анализа результатов, прежде чем программа будет размещена в памяти процессора. Симуляторы весьма полезны для предварительной оценки работы конкретного процессора.
¡ Эмуляторы
Эмулятор действует почти так же, как ЦПОС, но позволяет контролировать и наблюдать результаты выполнения команд. Современные эмуляторы не заменяют кристалл ЦПОС на плате, но контролируют состояние функциональных узлов и блоков ЦПОС путем последовательного сканирования. Используя эмулятор, можно увидеть все внутренние обмены в ЦПОС на каждом шаге. Разработчики могут в реальном времени пошагово выполнять команды, проверяя уровни напряжения на соответствие конкретной операции и контролируя каждый результат во времени. Эмуляторы являются неоценимым средством в среде проектирования систем ЦОС.
¡ Цикл проектирования
Поскольку возможность реализации проверяется посредством имитационного моделирования, следует начать с составления программы. Прежде всего разрабатывается программное обеспечение. На этом этапе определяются сложность и модули программы. Каждый модуль отлаживается отдельно. После отладки всех модулей компилируется и отлаживается полная программа. Если она работает согласно требованиям, то это 100% - продукт для рынка. В противном случае цикл проектирования повторяется до тех пор, пока не будет выполнено техническое задание. Если возникает необходимость изменить требования или усовершенствовать программный продукт, его разрабатывается новая версия по тому же циклу.
¡ Почему стоит переходить от аналоговой к цифровой обработке?
Для того чтобы осуществить цифровую обработку, сигналы должны быть преобразованы из аналоговой формы в цифровую, а после обработки – вновь в аналоговую. Чтобы оправдать стоимость этих накладных расходов, цифровая обработка обязана предложить несколько явных преимуществ.
¡ Цифровая обработка лучше?
Не существует четкого ответа на этот вопрос. Некоторые прикладные задачи требуют аналоговых решений. Однако несомненно одно: цифровая революция уже изменила нашу жизнь и будет это делать дальше. Известно большое число преимуществ цифровой обработки, более того, существуют некоторые области, где результата можно достичь только с помощью цифровой обработки. Эти преимущества таковы:
1. Программируемость.
2. Стабильность и повторяемость.
3. Специальные приложения.
¡ Программируемость
Одно и тоже цифровое устройство может выполнять множество функций. Например, мультимедийный РС может воспроизводить музыку и работать как текстовый процессор, если он загружен соответствующими программами. Эта возможность использовать одно и то же устройство для выполнения многих функций обеспечивает гибкость системы ЦОС. Любая новая функция, представленная в виде программы, вполне может быть реализована этим же устройством.
¡ Модернизация
Если система уже сконструирована и функционирует, может появиться желание улучшить ее свойства и добавить новые функции. Возможно, потребуется адаптировать систему к новым условиям. Что касается цифровой системы, это означает модификацию программы. Для аналоговой системы потребуется приобретение и монтаж новых элементов, т. е. переделка аппаратуры.
¡ Гибкость
Единственная плата ЦОС может быть использована для выполнения многих функций посредством загрузки новых программ. В наших демонстрациях одна и та же плата DSP Starter-Kit (DSK) используется и как генератор тона, и как фильтр нижних частот благодаря просто загрузке ЦПОС различным программным обеспечением.
Это преимущество сокращает время разработки и упрощает выполнение проекта. В аналоговых системах для каждой новой функции должна разрабатываться новая схема.
¡ Температура
Резисторы, конденсаторы, диоды и операционные усилители – все подвержены влиянию температуры. Их свойства и характеристики изменяются с температурой. Аналоговая цепь может работать совершенно различно в Соединенном Королевстве и в Египте. Это может стать сущим бедствием для международного сообщества.
Цифровые цепи работают в широком диапазоне температур без каких-либо изменений их свойств.
¡ Старение
С этим дело обстоит еще хуже. Так как детали стареют, их характеристики и свойства изменяются. Это влияет на эксплуатационные качества и работу аналоговых цепей. Функционирующая сегодня аналоговая цепь может стать непригодной всего через несколько лет. И что самое неприятное – такие эффекты невозможно полностью предвидеть.
¡ Допуски
Такие элементы как резисторы и конденсаторы имеют допуски. Их параметры определяются, например, только в пределах 10% от заданной величины. Две аналоговые цепи, использующие одни и те же элементы, могут работать по-разному. Это не только создает трудности для конструкторов, но и значительно удорожает производство. Если в производственный цикл попала партия бракованных элементов, многие из цепей не будут работать должным образом, что может вызвать тяжелые осложнения.
¡ Повторяемость цифровых систем
Характеристики цифровых цепей никак не меняются от устройства к устройству. Одна и та же операция умножения, выполненная на 500 компьютерах, дает совершенно одинаковый результат. Подавая два вольта на 500 аналоговых цепей одинаковой конструкции, можно получить широкий разброс результатов.
Допуски на элементы не влияют на характеристики цифровых цепей. Они или работают и дают всякий раз один и тот же результат, или не работают.
Цифровые цепи не подвержены старению и температурному дрейфу. Правильно спроектированная цифровая цепь будет давать одинаковые результаты в Соединенном Королевстве и в Египте в течение всех лет, пока она работоспособна.
Степень точности определяется количеством используемых разрядов и гарантированно остается неизменной. Для аналоговых цепей точность результатов может меняться очень широко от цепи к цепи.
Из сказанного следует, что цифровой CD-плейер всегда воспроизводит одну и ту же цифровую музыку с одинаково высоким качеством, которое ограничивается только аналоговыми компонентами плейера.
¡ Специальные функции
Некоторые специальные функции обработки сигналов могут быть реализованы только цифровыми методами. Аналоговая электроника просто не может выполнять их эффективно.
¡ Компрессия без потери качества
Каналы связи весьма дорогостоящи. Имеется существенная разница в цене между 20-минутным и 2-минутным телефонным разговором для одних и тех же абонентов.
Память системы связи также дорогая, и хотя цены на нее постоянно падают, потребности в увеличении количества сохраняемой информации неуклонно растут примерно с той же скоростью. Эти две противоположные тенденции дают почти прямую линию для цены той памяти, которая необходима в конкретном случае. Таким образом, следует внимательно относиться к проблеме хранения данных.
Компрессия без потери качества является одним из способов решения задач хранения и передачи данных. Рассмотрим пример канала передачи данных. Один мегабайт данных сжимается до половины мегабайта и передается. При поступлении в приемник данные восстанавливаются. Фантастика! Передающая линия знает только половину мегабайта, а переданным оказывается полный мегабайт данных без потери его содержания.
Цифровой процессор может реализовать это «волшебство» без проблем. С помощью аналоговых систем такого достичь невозможно.
¡ Режекторные фильтры и фильтры с линейной фазой
Режекторный фильтр с полным подавлением на единственной частоте может быть реализован цифровыми методами. Нереально достичь подобных результатов с помощью аналоговых методов. Фильтры этого типа используются в системах подавления шума, производимого двигателем. Вибрации, вызываемые двигателем, являются главными источниками шума в автомобилях, кабинах самолетов т.д. С целью подавления шума в кабинах цифровые режекторные фильтры берут за эталон скорость вращения двигателя и оценивают соответствующий «вырез» для устранения вибрационного шума. Звуковые волны, поступающие от двигателя на установленные вблизи источников шума микрофоны, анализируются и на основе полученных измерений оценивается новый «вырез»; процедура осуществляется до тех пор, пока не будет достигнуто удовлетворительное устранение шума. Если скорость вращения двигателя изменяется, цикл подавления начинается заново.
Что касается фильтров с линейной фазой, то их реализация с помощью цифровых методов довольно проста. Хотя аналоговый фильтр с линейной ФЧХ также возможен, он будет более громоздким. Фильтры с линейной фазой более подробно рассматриваются в лекции по фильтрации.
В частности высокое качество звука в CD-плейерах обеспечивается за счет фильтров с линейной фазой.
¡ Системы, реализуемые на ЦПОС
С момента своего появления на рынке цифровые процессоры нашли разнообразное применение. Они используются в бытовой аппаратуре класса HI-FI*), а также в высокопроизводительных VR-системах**). Как правило, производство ЦПОС не является дорогостоящим.
¡ Аппаратура класса HI-FI (музыкальные системы).
Мы уже знаем, что процессоры играют ведущую роль в CD-плейерах. Цена CD-плейеров на настоящий момент является лучшим доказательством того, что производство ЦПОС может быть недорогим.
¡ Игрушки
Сегодня дети обычно играют с говорящими игрушками. При нажатии на картинку «собака» они могут реально услышать собачий лай. Получили также распространение игрушки, помогающие изучать алфавит.
¡ Видеотелефоны
Видеотелефоны – это одна из тех областей приложения ЦОС, которая непосредственно повлияет на деятельность человека в течение всей его жизни. Качество видеотелефонов улучшается очень быстро, и необходимо лишь время для снижения цены, после чего они будут широко применяться. Процессоры используются в видеотелефонах для сжатия и восстановления изображений. Существует несколько международных стандартов для сжатия движущихся изображений. ЦПОС являются идеальным ответом на изменение стандартов. Новый стандарт может потребовать только нового программного обеспечения.
¡ Модемы
Модемы становятся более быстродействующими, а их разработка более оперативной. Потребность в них растет очень быстро. Так, если к Интернет при существующей скорости передачи будет подключаться все большее число потребителей, в мире начнет ощущаться нехватка модемов. Процессоры выполняют в модемах существенные функции, такие как эхоподавление на телефонных линиях, сжатие и восстановление данных.
¡ Телефонные системы
В наше время стало совершенно обыденным позвонить в какую-нибудь компанию и получить ответ от автоответчика, который предлагает выбор наподобие «нажмите 1 для продаж», «нажмите 2 для технической поддержки» и так далее. Такие телефонные системы используют процессоры для выполнения подобных функций.
¡ 3-мерная графика
Большинство программных симуляторов используют 3-мерную графику в реальном времени, чтобы подчеркнуть реальность происходящего. Для вычисления всех необходимых деталей в трех измерениях (и это надо уметь делать 30 раз в секунду) требуются эффективные и мощные процессоры. В настоящее время ЦПОС широко применяются в подобной аппаратуре и во многих приложениях виртуальной реальности.
¡ Обработка изображений
Процессоры широко используются в системах обработки изображений, к которым относятся видеороботы, машинное зрение, сжатие изображений и распознавание отпечатков пальцев. Интересным примером применения обработки изображений является приемка печатных плат . Система работает на основе фиксации изображения идеально работающей платы эталона и сравнения с ней вновь произведенной платы, когда она проходит под поверочной CCD-камерой*). Системы приемки в полной мере используют циклы эффективного умножения и сложения в процессорах.
¡ Фиксированная запятая и плавающая запятая (ФЗ и ПЗ)
Приборы с ФЗ работают с меньшим диапазоном чисел, нежели приборы с ПЗ. Обычный рабочий диапазон процессора с ФЗ (такого как ’C5x) находится в пределах от ±215 (±32768) до ±2-15 (±0.000031). Типовые процессоры с ПЗ обеспечивают диапазон от ±2128 до ±2-128. Разница значительна и играет важную роль в выборе процессора для конкретной задачи. Например, для качественного воспроизведения звука целесообразно использовать процессор с ПЗ, в то время как для детских игрушек вполне приемлемым будет процессор с ФЗ.
¡ ’C1x, ’C2x, ’C2xx, ’C5x, ’C54x
Разрядность шины данных в этих процессорах составляет 16 бит, поэтому их называют «16-разрядными процессорами». Все они имеют модифицированную гарвардскую архитектуру, которая была показана на одном из предыдущих рисунков, и применяются в игрушках, драйверах жестких дисков, модемах и в составе автомобильных подвесок.
¡ ’C3x
Разрядность шины данных в ряде ЦПОС ’C3x составляет 32 бита. Поскольку эти процессоры имеют ПЗ, то они обеспечивают большой динамический диапазон. Высокая точность делает их пригодными для аппаратуры класса Hi-Fi, систем речевой почты и 3-мерной графической обработки.
¡ ’C4x
Это семейство применяется для проектирования параллельной обработки. Процессоры ’C4x имеют 32-разрядную шину данных и плавающую запятую. Они содержат оптимизируемый внутрикристальный канал связи, который дает возможность объединить несколько процессоров в блок параллельной обработки. Ряд приборов ’C4x уже используется в системах виртуальной реальности, распознавания образов и параллельной обработки.
¡ ’C6x
Процессоры ’C6x, разработанные фирмой TI, обладают особенностями VelociTI, имеют улучшенную архитектуру с очень длинным командным словом (VLIW – Very Long Instruction Word). Восемь функциональных блоков, включая два умножителя и 6 арифметико-логических устройств (ALU), обеспечивают выполнение 1600 миллионов команд в секунду (MIPS – Millions of Instructions Per Second) при доступной стоимости. Процессоры ’C6x оптимальны для многоканальных систем, многофункциональных применений, включая беспроводные базовые станции, группы объединенных модемов, дистанционный доступ к серверам, цифровые абонентские шлейфы, кабельные модемы и многоканальные телефонные системы.
¡ ’C8x
Процессор ‘C80 является первым в этом семействе. Он обеспечивает параллельную обработку с помощью четырех усовершенствованных ЦПОС (Advanced DSP - ADSP), размещенных на одном кремниевом кристалле, и ведущего RISC-процессора*). Процессор ’С80 используется в высококачественной видеотелефонии, 3-мерной компьютерной графике, системах виртуальной реальности и ряде мультимедийных приложений. Более дешевая версия ‘C82 имеет два ADSP и RISC-процессор.
ЛИТЕРАТУРА
Allen, J. [1975]. “Computer Architecture for Signal Processing,” Proceedings of the IEEE, vol. 63, no. 4, pp. 624-633, April 1975
Augarten, S. [1984]. Bit by Bit, Ticknor & Fields, New York
Auslander, E. [1993]. “Digital signal processing and the emerging markets of the ’90s,” Le Traitement du Signal et ses Applications, Actes des Conferences, DSP’93
Bell, C. G. and Newell, A. [1971]. Computer Structures, McGraw-Hill, New York
Bowen, B. A. and Brown, W. R. [1982]. VLSI Systems Design for Digital Signal Processing, Volume 1: Signal Processing and Signal Processors, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ
Cooley, J. W., Lewis, P. A. W. and Welch, P. D. [1967]. “Historical Notes on the Fast Fourier Transform,” IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, Vol AU-15, No. 2, pp.76-79, June 1967
Cooley, J. W. and Tukey J. W. [1965]. “An algorithm for the machine computation of complex Fourier series,” Math. of Comput., Vol 19, pp. 297-301
Danielson, C. G. and Lanczos, C. [1942]. “Some improvements in practical Fourier analysis and their application to X-ray scattering from liquids,” J. Franklin Inst., Vol 233, pp. 365-380 and 435-452, April 1942
DeFatta, David J.; Lucas, Joseph G. and Hodgkiss, William S. [1988]. Digital Signal Processing: A System Design Approach, John Wiley, New York
Hayes, John P. [1979]. Computer Architecture and Organization, McGraw-Hill International
Heidemann, Michael T., Johnson, Don. H. and Burrus, C. Sidney [1984]. “Gauss and the History of the Fast Fourier Transform,” IEEE ASSP Magazine, pp. 14-21, October 1984
Jury, E. I. [1964]. Theory and Application of the Z-Transform Method, John Wiley, New York
Lynn, Paul A. [1982]. The Analysis and Processing of Signals, MacMillan, London
Oppenheim, A. V. and Schafer, R. W. [1975 and 1988]. Digital Signal Processing, Prentice-Hall , Englewood Cliffs, NJ [ Оппенгейм А.В. Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. Лер. С англ.- М: Связь, 1979 ]
Runge, C. [1903]. Zeit. fur Math. and Physik, Vol 48, p. 433
Ahmed, Irfan (ed.) [1991]. Digital Control Applications with the TMS320 Family, Texas Instruments, Dallas, TX
Arazi, Benjamin. [1988]. A Commonsense Approach to the Theory of Error Correcting Codes, MIT Press, Cambridge, MA
Dote, Y. [1990]. Servo Motor and Motion Control using Digital Signal Processors, Prentice-Hall , Englewood Cliffs, NJ
Hanselmann, H. [1987]. “Implementation of Digital Controllers - A Survey”, Automatica, Vol 23, No 1, 1987
Lewis, F. [1992]. Applied Optimal Control & Estimation: Digital Design & Implementation, Prentice-Hall , Englewood Cliffs,
Дополнительная литература
Домин С. Б., Иванов Е. А., Муренко Л. Л. Средства комплексной отладки микропроцессорных устройств./ Под редакцией В. Г. Домрачева.- М.: Энергоатомиздат, 1988.
Гришин Ю.П., Казаринов Ю. М., Катиков В. М. Микропроцессоры в радиотехнических системах./ Под ред. Ю. М. Казаринова. - М.: Радио и связь, 1982.
Цифровой процессор обработки сигналов TMS 320C10 и его применение./ Под ред. проф. Ланнэ А. А.- Л.: ВАС, 1990.
*) HI-FI – аппаратура высшего класса
**) VR-системы – системы со средствами виртуальной реальности.
*) CCD-камера – видеокамера на основе устройства с зарядовой связью.
*) RISC-процессор – процессор с ограниченным набором команд.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 283; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!