№7 Дәріс. Сандық сигналды процессорлардың архитектуралық ерекшеліктері

Дәріс мазмұны: сигналды процессорлардың типі мен белгіленуі, оның архитектурасының ерекшеліктері, параллельді өңдеу әдісі.

Дәріс мақсаты: сандық сигналды процессорлар типін үйрену, кілттік архитектуралық ерекшеліктерді дұрыс қолдана алуды және оны түсінуді үйрену, және де заманауи параллельді өңдеу әдісін үйрену

Сигналды процессорлар (СП) – бұл қазіргі уақыттағы ақпараттық және байланыстық желі мен жүйедегі сигналдарды өңдеуі, түрлендіруі және түзілуі үшін арналған құрылғы. Олардың басты ерекшелігі – үлкен массивті мәліметтерді өңдеуі. Өңдейтін сигналдар мен СП элементті базасы түрі бойынша аналогты және сандық болып бөлінді.

Сандық сигналды процессорлар (ССП) арнайы (программаланбайтын) өте үлкен интегралдық сұлба (ӨҮИС) немесе әмбебап ӨҮИС түрінде орындала алады. Арнайы процессорларға жатады, мысалы, Фурьенің жылдам түрлендіргіш процессоры, жиілік синтезаторы, кодер және т.б. Әмбебеп процессорларға жататындар:

Логикалық сұлбалар (ПЛИС – программаланатын логикалық интегралдық сұлбалар);
Программаланатын сандық сигналды процессорлар шет ел аббревиатурасымен аталатын DSP ( Digital Signal Processor);
транспьютерлер.

Әмбебап процессордың арнайы процессорға қарағанда артықшылығы кристалдың жоғары емес бағасы кезінде әртүрлі жүзеге асырылатын мүмкіншілігі болып табылады.

ССП өндірілуі мен архитектурасына бойынша үлкен ақпараттық массивтерді өңдеуді жүргізуге болатын транспьютерге біршама жақын. ТранспьютерRISC(Reduced Instruction Set Computer) архитертурасы бар процессорға ие, яғни қысқартылған команда жинағы барядро, бір секунд ішінде миллионнан асатын команда тезәрекеттілігі (MIPS) және параллель есептеуді қамтамасыз ететін аппаратты заттар. Транспьютердебасқа транспьютерлермен хабар алмасу үшін қызмет ететін төрт жоғарғы жылдамдықты байланыс каналы бар. Бұл төрт канал қиын байланысатын транспьютерлік желіні ұйымдастыра отырып, транспьютерлерді бір-бірімен байланысуға мүмкіндік береді. Транспьютерлер негізінде бөлінген жүйелер құрылады.

ПЛИС ССП-ға және транспьютерлерге қарағанда оңай және арзан, бірақ енгізу-шығару құрылғысы мен көптеген перифериялық құрылғыларды қажет етеді. ССП-ға қарағанда олардың шығарылымы аз.

Микропроцессор дамуының нәтижесі болған программаланатын ССПең көп таралымға ие, бірақ сандық сигналдарды өңдеу тапсырмасы үшін бейімделген архитектурасымен ерекшеленеді. ССп-ға қойылатын негізгі талаптар:

арифметикалық операциялардың жылдам орындалуы (жоғары тезәрекеттілік);
қазіргі уақыттағы үлкен көлемді есептеуі бар алгоритмді жүзеге асыру кезіндегі жоғары өндірілгіштік (алгоритм өңдеуінде көп уақыт дискретизация периоды).

Бұл талаптар келесідей ССП архитектуралық ерекшеліктерін қолдануы арқасында орындалуда:

гарвардтық архитектураны қолдану;
конвейерлі жұмыс режимін пайдалану;
арнайы көбейткіш құралы бары;
арнайы команда енгізілуі;
қысқа команда циклын ұйымдастыру.

Гарвардтық архитектура қолданудың икемділігі мен тезәрекеттілігін көтеруге мүмкіндік береді. Классикалық нұсқада ол мәліметтер мен программаларды әртүрлі есте сақтау құрылғыларында сақтауға жобалайды, ол команда қолдануы мен уақыттық таңдауды біріктіруге рұқсат етеді. Модифицияланған гарвардтық архитектурасы программа жадысы мен мәліметтер жадысы арасында алмастыруды құптайды, ол процессор мүмкіншілігін ұзартады, бұл кезде коэффициенттерді сақтау үшін бөлек тұрақты есте сақтау құрылғысын (ТЕСҚ) қажет етпейді. Мәліметтер шинасы (МШ) мен команда шинасының (КШ) болуы ортақ өндірісті жоғарылатыды.

Персоналды ЭЕМ және дәстүрлі микропроцессорлар неймановтық архитектураға ие, бұл жағдайда қадамдық, тактты-тізбекті команда орындалулары болады, мәліметтер мен командалар бір шина бойынша жіберілді.

Гарвардтық және неймановтық архитектура мысалдары 11 суретте көрсетілген.

Процессор

Команда АдресіМәлімет Адресі

Программа Мәліметтер

жадысы жадысы