Transcript SAP - KTU - Kompiuterių katedra
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