1. Микропроцессоры. Определение, классификация, закономерности развития, области применения

23. Процессоры цифровой обработки сигналов: принципы организации, обобщенная структура

Процессор цифровой обработки сигналов (ПЦОС) (Digital Signal Processor — DSP) — это специализированный микропроцессор, обладающий архитектурными особенностями, которые востребованы в цифровой обработке сигналов. К таким особенностям относятся способ организации памяти, система команд, векторная и конвейерная обработка данных.

Отличительными особенностями задач цифровой обработки сигналов являются:

∙ высокая скорость поступления входных и выдачи выходных данных;
∙ широкий динамический диапазон данных;
∙ большое количество логических и арифметических операций;
∙ обеспечение гибкости и перестройки цифровых систем обработки сигналов;
∙ возможность параллельного выполнения алгоритмов.

Обобщенная структура ПЦОС:

Обобщенная структура современных ПЦОС основана на VLIW-архитектуре системы команд и модифицированной гарвардской архитектуре памяти. Архитектура VLIW реализует распараллеливание обработки данных на этапе компиляции и позволяет не вводить в состав процессора дополнительный блок, отвечающий за обеспечение параллельно работающих исполнительных устройств полезной нагрузкой. Гарвардская архитектура применяется для повышения производительности и гибкости работы ПЦОС. Она подразумевает размещение программы и данных в раздельных запоминающих устройствах и их передачу по раздельным шинам, позволяет совмещать во времени выборку и выполнение команд. Модифицированная гарвардская архитектура допускает обмен содержимым между памятью программ и памятью данных, что расширяет возможности устройства.

В состав обобщенной структуры ПЦОС входят:

∙ генераторы адресов памяти программ и данных;
∙ разделенные блоки памяти команд и данных;
∙ блок выборки команд с кэш-памятью инструкций;
∙ блок РОН;
∙ блок умножения;
∙ арифметико-логическое устройство;
∙ контроллер ввода/вывода с ПДП;
∙ устройство быстрого сдвига.

Важной архитектурной особенностью ПЦОС является применение дублирующих (теневых) регистров для всех ключевых регистров центрального процессорного устройства. Эти регистры используются для быстрого выполнения прерываний. В традиционных микропроцессорах для выполнения прерываний требуется сохранение всех внутренних данных процессора. Обычно это реализуется путем записи содержимого всех регистров в стек, причем на запись содержимого каждого регистра в стек требуется один машинный цикл. В ПЦОС с архитектурой SHARC прерывание выполняется после записи содержимого всех регистров процессора в течение одного машинного цикла.