Signal ų Apdorojimo Sistemos (SAS)

Amintis Keitikliai

Signalų apdorojimo procesorius (

SAP

) Išorinė atmintis Keitikliai: Analoginis – Skaitmeninis Keitiklis Skaitmeninis – Analoginis Keitiklis Sąsajos; Nuoseklios Lygiagrečios

Sąsajos

Signal ų Apdorojimo Sistemos

Signalų Apdorojimo Procesorius Signalų Apdorojimo Procesorius ( angl.

Digital Signal Processor

), tai specializuotas lustas sudarytas iš daugelio elementų, kurių pagrindiniai yra:

Pagrindinis Aritmetinis Įrenginys (PAĮ).

Tai

SAP

dalis, atliekanti pagrindines aritmetines operacijas: sudėtį ir daugybą. Todėl

SAP

skaičiavimo greitis didesnis nei įprastinio procesoriaus.

Papildomas Aritmetinis Įrenginys (PaAĮ).

SAP

dažnai turi papildomą aritmetinį įrenginį, kuris, esant užimtam

PAĮ

, atlieka kitas matematines ir logines operacijas

Nuoseklioji/Lygiagrečioji Sąsajos

Tai ryšio kanalai kuriais informacija patenka į/iš SAS.

Nuoseklioji sąsaja

duomenų srautą ir keičia jį į

SAP

priima nuoseklų formatą. Kai SAS nori perduoti duomenis, tai

nuoseklioji sąsaja

Pavyzdžiui priima

SAP

Naudojant šį įrenginį, maksimaliai supaprastinamas adresavimo uždavinys.

Nuoseklioji sąsaja

formato duomenis ir pakeičia į nuoseklų duomenų srautą.

naudojama modemui prie SAS jungti.

Lygiagrečioji sąsaja

atlieka tas pačias funkcijas tik naudoja lygiagretų duomenų formatą.

Per šią sąsają dažnai jungiamas spausdintuvas

Signal ų Apdorojimo Sistemos

Keitikliai

Keitikliai reikalingi “realaus pasaulio” analoginių signalų perkėlimui į SAS ir skaičiavimo rezultatų perkėlimui iš SAS į “realų pasaulį”. Analoginio signalo perkėlimui naudojami Analoginiai – Skaitmeniniai keitikliai (ASK). Rezultatų perkėlimui iš SAS naudojami Skaitmeniniai – Analoginiai keitikliai (SAK)

Išorinė Atmintis

Signalų apdorojimo sistema gali turėti išorinę atmintį. Nors programos saugomos išorinėje atmintyje. Tik įjungus sistemą programa perkeliama į vidinę atmintį. Jei naudojama

HARVARDO SAP

turi vidinę atmintį, praktikoje architektūra, tai naudojamos dvi išorinės atmintys: viena skirta duomenims, o kita programoms saugoti

Nuoseklioji Sąsaja.

SAP

dalis, skirta duomenų mainams tarp atskirų

SAP

ar išorės įrenginių Naudojant šį įrenginį, maksimaliai supaprastinamas adresavimo uždavinys

Signal ų Apdorojimo Sistemos

Sudėtis ir Daugyba

Sud ėtis 1+2 = 3 0001 + 0010 0011 Daugyba 0010

Du postūmiai į kairę

2*4 = 8 ?

Dažniausiai naudojami veiksmai A = B * C + D E = F * G + A ....

Sudėtis, daugyba ir kaupimas Komanda

MAC

(

M

ultiply,

A

DD, A

C

CUMULATE)

Signal ų Apdorojimo Sistemos

Sudėtis ir Daugyba Dažniausiai pasitaikančios operacijos

sudėtis

ir

daugyba.

Tai pačios paprasčiausios operacijos, kurių vykdymui bendros paskirties kompiuteriu sugaištamas

vienas taktas

. Bendros paskirties kompiuteriu atlikti

daugybos operaciją

algoritmą sudaro nuoseklios

postūmio ir sudėties

reikia ilgesnio laiko tarpo, nes daugybos operacijos. Pavyzdžiui, norint padauginti skaičių iš 4, dauginamasis stumiamas į kairę pusę per dvi skiltis. Norint padauginti skaičių iš 5, dauginamasis stumiamas į kairę pusę per dvi skiltis ir prie gauto rezultato pridedamas dauginamasis CISC

(Complex Instruction Set Computer – Pilno Komandų Rinkinio Kompiuteris)

mikrokomandų, kurių kiekvienai atlikti reikia vieno takto.

architektūros Kompiuteryje daugyba užrašoma viena komanda. Tačiau aparatūra šią komandą keičia į seką RISC

(Reduced Instruction Set Computer

skaičius.

– Supaprastinto Komandų Rinkinio Kompiuteris)

architektūros kompiuteryje daugyba užrašoma keletu komandų, kurioms atlikti reikalingas panašus kaip ir CISC taktų

Signal ų Apdorojimo Sistemos

Daugybos operacijos požiūriu

CISC ir RISC

architektūros neefektyvios. Pavyzdžiui realių skaičių daugybai reikalingi keli šimtai taktų. Efektyviam skaičiavimų atlikimui reikalinga

nauja kompiuterio architektūra

.

MAC

(

M

ultiply,

A

DD,

A

CCUMULATE Dagelis

SAP

turi specializuotas komandas, kurios vieno takto metu atlieka daugybą ir rezultato išsaugojimą Realaus laiko sistemose svarbu skaičiavimus atlikti iki pasirodys nauji duomenys. Pirmieji

SAP

neturėjo specializuotų daugybos įtaisų. Atsiradus

konvejerinei

trukmę.

1970m

architektūrai pavyko sumažinti daugybos operacijos atsirado pirmieji SAP, daugybos operaciją atliekantys per vieną taktą.

The Lincoln

FDP

(Fast Digital Processor) 1971m

FDP FDP

buvo daugybos operaciją atlieka per 600ns. Šis

FDP

von Neuman

buvo sudarytas iš 100 000 integrinių schemų.

architektūros, todėl susidurdavo su sunkumais atliekant lygiagrečius skaičiavimus The Lincoln

LSP/2

(Lincoln Signal Processor) Įvertinus

FDP

patirtį sukurtas

LSP/2

, turintis architektūrą panašią į kompiuterio HARVARD 1 architektūrą kuris buvo pristatytas 1940m.

SAP

architektūra, savo prigimtimi yra lygiagrečių skaičiavimų architektūra, kurios dėka

SAP

4 kartus greitesni nei

FDP

.

Kadangi greitų daugybos įtaisų architektūra jau žinoma, tai liko laukti tik puslaidininkinių technologijų pasiekimų

Kompiuterių Architektūros

Harvardo architektūra

A

Programos

ATMINTIS

Aritmetinis / Loginis Įrenginys Įvedimas / Išvedimas

D A D

Duomenų

ATMINTIS

HARVARDO

architektūra, sukurta 1930m fiziko

Howard Aiken

. Pirmasis šios architektūros kompiuteris

HARWARD MARK 1

pradėjo veikti 1944m Tai pirmoji architektūra, kuri programai ir duomenims numatė

atskiras atminties sritis.

Tai suteikė galimybę vienu metu iš atminties skaityti komandą ir duomenis.

ENIAC

(Electronic Numerical Integrator and Calculator), tai pirmasis bendros paskirties kompiuteris skurtas 1943 – 1946m Pensilvanijos universitete. Ši architektūra turėjo dvi atskiras atmintis: 1) atmintis duomenims 2) atmintis programai

Kompiuterių Architektūros

Von Neuman architektūra

A

Programos Ir Duomenų

ATMINTIS

D

Įvedimas / Išvedimas Aritmetinis / Loginis Įrenginys

A

 Adresai

D

 Duomenys

Johan von Neumann.

Vengrų kilmės matematikas, ENIAC projekto konsultantas. Jo architektūros pagrindinė įdėja – nėra skirtumo tarp duomenų ir programos, todėl nereikalingos ir atskiros atmintys jiems saugoti. Šis principas gerokai palengvino kompiuterių projektavimą, tačiau ši architektūra nesuteikia galimybės vienu metu skaityti duomenų ir komandų.

Toks ribojimas mažai įtakoja bendros paskirties kompiuterių efektyvumą

von Neumann

architektūra dažniausiai naudojama bendros paskirties kompiuteriams projektuoti.

Harvardo

architektūra dažniausiai naudojama realaus laiko ir įterptinėms sistemoms projektuoti

Kompiuterių Architektūros

Supaprastinta TMS320C5x Architektūra Vidinė

komandų

magistralė Programų ATMINTIS A15 – A0 ryšys tarp duomenų ir programų atminties Duomenų ATMINTIS Pagrindinis Apdorojimo Įrenginys Vidinė

duomenų

magistralė TMS320C5x Architektūra, tai modifikuota HARVARDO architektūra D15 – D0

Kompiuterių Architektūros

TMS320C5x Architektūra

SAP

realizuojama HRVARDO architektūra, kuri leidžia vienu metu skaityti duomenų ir programų atmintį.

Tuo būdu gerokai padidėja

SAP

našumas.

TMS320C5x Architektūra, tai modifikuota HARVARDO architektūra, kurioje numatytas ryšys tarp duomenų ir programų atminties.

TMS320C5x Architektūra, tai modifikuota HARVARDO architektūra, kurioje numatytas ryšys tarp duomenų ir programų atminties.

Iš išorės TMS320C5x Architektūra panaši į von Neumann architektūrą, tačiau vidinė architektūra – HARVARDO Modifikuotai HARVARDO architektūrai reikalinga mažiau išorinių išvadų, todėl toks

SAP

išlošimas daug didesnis nei prarandama našumo.

pigesnis. Kainos Programų magistrale gali būti perduodamos komandoje įrašytos skaitinės reikšmės (betarpiški duomenys)

MAC

operacijai atlikti, duomenų mainai tarp vidinės ir išorinės atminties gali vykti

kartu

per abi – Programų ir Duomenų magistrales.

Kompiuterių Architektūros

TMS320C5x Architektūra C5x architektūra suteikia maksimalaus skaičiavimų išlygiagretinimo galimybę.

Pagrindinio Aritmetinio Įrenginio

darbo metu, operacijos su duomenimis gali būti atliekamos

Paipildomame Aritmetiniame Įrenginyje

Toks išlygiagretinimo laipsnis suteikia galimybę vienu metu atlikti daugiau nei dvi operacijas.

Vidinės C5x aparatūros dėka, operacijos, kurios bendros paskirties procesoriuje realizuojamos seka mikrokomandų, C5x atlieka per vieną taktą. Pavyzdžiui C5x vieno takto metu gali atlikti 16 bitų daugybą, postūmį ir rezultato adreso skaičiavimą.

Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas

ADD A, B 111000010101100010 Asembleris Aukšto Lygio Kalba Programa Testas Emuliatorius

SAP

Design Ne Tinka?

Taip Rezultatas

Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas

ADD A, B 111000010101100010

Asembleris Aukšto Lygio Kalba Programa Testas Emuliatorius Design

Ne

Tinka?

SAP

Taip Rezultatas

Programa

Suprojektavus ir pagaminus analoginį filtrą jis iš karto veikia. Pagaminus skaitmeninio filtro aparatinę dalį jis neveikia. Skaitmeniniam filtrui reikalinga programa. Programa tai komandų seka skirta kokiai tai užduočiai atlikti. Komanda tai “1” ir “0” seka įrašyta

SAS

atmintyje. Žmogui sunku operuoti “1” ir “0” sekomis, todėl yra kuriamos priemonės lengvinančios programų rašyma.

Asembleris

Asembleris tai programavimo kalba turinti žmogui suprantamas komandas. Pavyzdžiui sudėties komanda

ADD A, B

. keičiama į “11000110110100100101”

Kompiliatorius

Kompiliatorius asemblerio komandas keičia į

SAP

suprantamą “1” ir “0” seką. Pavyzdžiui sudėties komanda

ADD A, B

. keičiama į “11000110110100100101”

Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas

ADD A, B 111000010101100010

Asembleris Aukšto Lygio Kalba Programa Testas Emuliatorius Design

Ne

Tinka?

SAP

Taip Rezultatas

Aukšto Lygio Kalba

Skirtingi SAP turi skirtingus asemblerius. Pavyzdžiui vieno

SAP

asemblerio kalboje sudėtis užrašoma:

ADD A, B

kito SAP asemblerio kalboje sudėtis užrašoma:

LOAD A, B

Tokia situacija apsunkina projektavimo procesą. Jam palengvinti kuriamos

aukšto lygio kalbos. Aukšto lygio kalbos

komandos nepriklauso nuo

SAP

kuriame programa vykdoma. Programa parašyta aukšto lygio kalboje, kompiliatoriaus pagalba keičiama į

SAP

suprantamą “1” ir “0” seką.

Aukšto lygio kalbos

be paprastų komandų turi ir sudėtingesnes komandas – “spausdinti”, “skaityti”

Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas

ADD A, B 111000010101100010

Asembleris Aukšto Lygio Kalba Emuliatorius SAP Simuliatorius

Simuliatorius, tai

SAP

programinis modelis. Simuliatoriaus programa atlieka visas realaus

SAP

funkcijas bendros paskirties kompiuteryje.

Emuliatorius

Emuliatorius, tai tai speciali sistema, turinti realų

SAP

ir papildomas aparatūrines bei programines priemones, kurios suteikia galimybę pažingsniui vykdyti programą konkrečiame

SAP

, ir kompiuterio ekrane matyti

SAP

elementų būseną

Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas

Projektavimo procesas

1) ar sistema realizuojama 2) sistemos analizė 3) programos sudarymas ir derinimas 4) sistemos testavimas Programa Testas Design Ne Tinka?

Taip Rezultatas