Тема 3.2 Сигнальные микропроцессоры

Для построения систем цифровой обработки сигналов используются специализированные микропроцессоры – цифровые сигнальные процессоры (ЦСП).

Неэффективность применения универсальных микропроцессоров для решения задач ЦОС связанна с их чрезмерной избыточностью. Для цифровой обработки сигналов используют так называемые сигнальные микропроцессоры. К их особенностям относятся малоразрядная обработка чисел с плавающей точкой (40 и менее разрядов), преимущественное использование чисел с фиксированной точкой разрядности 32 и менее, а также ориентация на несложную обработку больших массивов данных.

Отличительной особенностью задач цифровой обработки сигналов является поточный характер обработки больших объемов данных в реальном режиме времени, требующий высокой производительности процессора и обеспечения возможности интенсивного обмена с внешними устройствами. Соответствие данным требованиям достигается в настоящее время благодаря специфической архитектуре процессоров и проблемно – ориентированной системе команд.

ЦСП обладают высокой степенью специализации. В них широко используются методы сокращения длительности командного такта, характерные и для универсального RISC – процессора, такие, как конвейеризация на уровне отдельных команд и микрокоманд, размещение операндов большинства команд во внутренних регистрах процессора, использование теневых регистров для сохранения состояния вычислений при переключении контекста, разделение памяти команд и данных (гарвардская архитектура). В тоже время для ЦСП характерным является наличие аппаратного умножителя, позволяющего производить умножение двух чисел за один такт. Другой особенностью сигнальных процессоров является включение в систему команд таких операций, как умножение с накоплением, инверсия бит адреса, операции над битами. В сигнальных процессорах реализуется аппаратная поддержка программных циклов, кольцевых буферов, обработки прерываний.

ЦСП различных производителей в общем образуют два класса, существенно отличающихся по цене:

- более дешевые процессоры обработки данных в формате с фиксированной точкой;

- более дорогие микропроцессоры, аппаратно поддерживающие операции над данными в формате с плавающей точкой.

Для решения некоторых задач цифровой обработки сигналов требуется повышенная точность к представлению данных. Существенное упрощение подобных действий достигается за счет работы с данными в формате с плавающей точкой, поскольку в данном случае не требуется выполнения операций округления и нормализации данных, отслеживания ситуаций потери точности и переполнения.

Также увеличение быстродействия возможно за счет создания симметричной мультипроцессорной системы с более простыми процессорами, обрабатывающими целочисленные операнды.

Эти так называемые медийные процессоры создавались исходя из потребности обработки в реальном времени видео и аудио информации в мультимедийных устройствах.

Тема 3.3: Коммуникационные процессоры

Рассмотренные ранее сигнальные микропроцессоры предназначены для реализации протоколов физического и канального уровней. Существует еще одна категория специализированных микропроцессоров, достаточно близкая по архитектуре к сигнальным, но имеющая существенные отличия – коммуникационные процессоры.

Как и сигнальные микропроцессоры, коммуникационные микропроцессоры ориентированы на поточную обработку данных, а предназначены они, в основном, для обработки протоколов сетевых и транспортных уровней.

Данный тип микропроцессоров широко применяется в трактах телекоммуникационных систем и на их основе строятся такие устройства, как:

- серверы удаленного доступа;

- мосты LAN – WAN;

- базовые станции сотовой связи;

- маршрутизаторы локальных вычислительных сетей;

- точки доступа беспроводной связи;

- аппаратура сетей VPN;

- сетевые шлюзы;

- сетевые принтеры и так далее.