Signallarga raqamli ishlov berish tizimlari arxitekturasi Reja Fon Neyman arxitekturasi

Signallarga raqamli ishlov berish tizimlari arxitekturasi

Reja

• Fon Neyman arxitekturasi
• Garvard arxitekturasi (2 xotirali)
• Garvard arxitekturasi , kontrollerlar
• Xulosa

DSP algoritmlarini bajarishdagi eng katta qiyinchiliklardan biri bu axborotni xotiraga va xotiradan uzatishdir. Bunga kirish signalidan namunalar va filtr koeffitsientlari kabi ma'lumotlar , shuningdek, dastur ko'rsatmalari , dastur sequenceriga kiradigan ikkilik kodlar kiradi. Misol uchun, xotiraning biror joyida joylashgan ikkita raqamni ko'paytirishimiz kerak deylik. Buning uchun biz xotiradan uchta ikkilik qiymatni, ko'paytirilishi kerak bo'lgan raqamlarni va nima qilish kerakligini tavsiflovchi dastur ko'rsatmasini olishimiz kerak.
a-rasmda bu oddiy ko'rinadigan vazifa an'anaviy mikroprotsessorda qanday bajarilishi ko'rsatilgan. Bu ko'pincha ajoyib amerikalik matematik Jon Von Neumann (1903-1957) sharafiga Von Neumann arxitekturasi deb ataladi. Fon Neyman 20-asr boshidagi ko'plab muhim kashfiyotlarning matematikasiga rahbarlik qildi. Uning ko'plab yutuqlari quyidagilardan iborat: kompyuterda saqlanadigan dastur kontseptsiyasini ishlab chiqish, kvant mexanikasi matematikasini rasmiylashtirish va atom bombasi ustida ishlash. Agar u yangi va qiziqarli bo'lsa, Fon Neumann u erda edi!
(a) da ko'rsatilganidek, Von Neumann arxitekturasi markaziy protsessorga (CPU) ma'lumotlarni uzatish uchun bitta xotira va bitta avtobusni o'z ichiga oladi. Ikki raqamni ko'paytirish kamida uchta soat tsiklini talab qiladi, bittadan uchta raqamning har birini avtobus orqali xotiradan protsessorga o'tkazish. Natijani xotiraga qaytarish uchun vaqtni hisoblamaymiz, chunki u qo'shimcha manipulyatsiya uchun (masalan, FIR filtridagi mahsulotlar yig'indisi) protsessorda qoladi deb taxmin qilamiz. Von Neumann dizayni barcha kerakli vazifalarni ketma-ket bajarishdan mamnun bo'lsangiz, juda qoniqarli. Darhaqiqat, bugungi kunda aksariyat kompyuterlar Von Neumann dizayniga ega. Bizga boshqa arxitekturalar juda tez ishlov berish zarur bo'lgandagina kerak bo'ladi va biz murakkablikning oshishi narxini to'lashga tayyormiz.
Bu bizni (b) da ko'rsatilgan Garvard arxitekturasiga olib boradi. Bu 1940-yillarda Xovard Ayken (1900-1973) boshchiligida Garvard universitetida amalga oshirilgan ishlar uchun nomlangan. Ushbu rasmda ko'rsatilganidek, Aiken ma'lumotlar va dastur ko'rsatmalari uchun alohida xotiralarni, har biri uchun alohida avtobuslarni talab qildi. Avtobuslar mustaqil ishlaganligi sababli, dastur ko'rsatmalari va ma'lumotlar bir vaqtning o'zida olinishi mumkin, bu bitta avtobus dizayni bo'yicha tezlikni oshiradi. Ko'pgina zamonaviy DSP-lar ushbu ikkita avtobus arxitekturasidan foydalanadilar.
Shakl (c) keyingi murakkablik darajasini, Super Garvard arxitekturasini tasvirlaydi . Ushbu atama Analog Devices tomonidan ADSP-2106x va yangi ADSP-211xx raqamli signal protsessorlarining ichki ishlashini tavsiflash uchun yaratilgan. Bular SHARC® DSP deb ataladi, uzoq muddatli qisqarish, S yuqori H avard ARC tizimi . Maqsad, o'tkazish qobiliyatini yaxshilash uchun xususiyatlarni qo'shish orqali Garvard arxitekturasini qurishdir. SHARC DSP'lari o'nlab usullar bilan optimallashtirilgan bo'lsa-da, 28-4c-rasmga qo'shilishi uchun ikkita soha juda muhim: ko'rsatmalar keshi va kiritish /chiqarish boshqaruvchisi .
Birinchidan, ko'rsatmalar keshi Garvard arxitekturasining ishlashini qanday yaxshilashini ko'rib chiqaylik. Garvardning asosiy dizaynining kamchiliklari shundaki, ma'lumotlar xotirasi shinasi dastur xotirasi avtobusiga qaraganda bandroq. Ikki raqam ko'paytirilganda, ikkita ikkilik qiymat (raqamlar) ma'lumotlar xotirasi shinasi orqali o'tkazilishi kerak, faqat bitta ikkilik qiymat (dastur ko'rsatmasi) dastur xotirasi shinasi orqali o'tkaziladi. Ushbu vaziyatni yaxshilash uchun biz "ma'lumotlar" ning bir qismini dastur xotirasiga ko'chirishdan boshlaymiz. 
Masalan, kirish signalini ma'lumotlar xotirasida saqlagan holda filtr koeffitsientlarini dastur xotirasiga joylashtirishimiz mumkin. (Bu ko'chirilgan ma'lumotlar rasmda "ikkilamchi ma'lumotlar" deb ataladi). Bir qarashda, bu vaziyatga yordam bermaydi; endi biz ma'lumotlar xotirasi shinasi (kirish signali namunasi) orqali bitta qiymatni, lekin dastur xotirasi shinasi orqali ikkita qiymatni (dastur yo'riqnomasi va koeffitsient) o'tkazishimiz kerak. Aslida, agar biz tasodifiy ko'rsatmalarni bajargan bo'lsak, bu holat hech qanday yaxshi bo'lmaydi.
Biroq, DSP algoritmlari odatda bajarilish vaqtining ko'p qismini tsikllarda o'tkazadi, masalan, 28-1-jadvalning 6-12 ko'rsatmalari. Bu shuni anglatadiki, bir xil dastur ko'rsatmalari to'plami doimiy ravishda dastur xotirasidan protsessorga o'tadi. Super Garvard arxitekturasi ushbu vaziyatdan ko'rsatmalar keshini qo'shish orqali foydalanadiCPUda. Bu eng so'nggi dastur ko'rsatmalarining taxminan 32 tasini o'z ichiga olgan kichik xotira. Birinchi marta tsikl orqali dastur ko'rsatmalari dastur xotirasi shinasi orqali uzatilishi kerak. Bu ushbu yo'l bo'ylab olinishi kerak bo'lgan koeffitsientlar bilan ziddiyat tufayli sekinroq ishlashga olib keladi. Biroq, tsiklning qo'shimcha bajarilishida dastur ko'rsatmalarini ko'rsatmalar keshidan olish mumkin. Bu shuni anglatadiki, barcha xotiradan protsessorga ma'lumot uzatish bir tsiklda amalga oshirilishi mumkin: kirish signalidan olingan namuna ma'lumotlar xotirasi shinasi orqali keladi, koeffitsient dastur xotirasi shinasi orqali keladi va dastur ko'rsatmasi buyruq keshidan keladi. . Maydon jargonida ma'lumotlarning bunday samarali uzatilishi yuqori xotiraga kirish o'tkazish qobiliyati deb ataladi.
28-5-rasmda SHARC arxitekturasining batafsil ko'rinishi keltirilgan bo'lib, ma'lumotlar xotirasiga ulangan kiritish-chiqarish kontrolleri ko'rsatilgan. Signallar tizimga shu tarzda kiradi va chiqadi. Masalan, SHARC DSP-lar ketma-ket va parallel aloqa portlarini ta'minlaydi. Bu juda yuqori tezlikdagi ulanishlar. Masalan, 40 MGts soat tezligida har biri 40 Mbit/s tezlikda ishlaydigan ikkita ketma-ket port mavjud, oltita parallel port esa har biri 40 Mbayt/soniya ma'lumotlar uzatishni ta'minlaydi. Oltita parallel portning barchasi birgalikda ishlatilsa, ma'lumotlarni uzatish tezligi aql bovar qilmaydigan 240 Mbayt / sekundni tashkil qiladi.