Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Процесор цифрової обробки сигналів (процесор ЦОС, англ. digital signal processor, DSP; рос. ЦСП) — це спеціалізований програмований мікропроцесор, призначений для маніпулювання в реальному масштабі часу потоком цифрових даних.
Архітектура сигнальних процесорів має помітні особливості:
- Швидке виконання операцій, характерних для цифрової обробки сигналів, наприклад, операція «множення з накопиченням» (MAC) (Y:=A*B+X) зазвичай виконується за один такт.
- Вільні за часом цикли із заздалегідь відомою довжиною.
- Більшість сигнальних процесорів мають вбудовану оперативну пам'ять, з якої може здійснюватися вибірка декількох машинних слів одночасно.
- Детермінована робота з відомим часом виконання команд, що дозволяє виконувати планування роботи в реальному часі.
- Досить велика довжина конвеєра, так що незаплановані умовні переходи можуть займати відносно багато часу.
- Екзотичний набір регістрів і інструкцій, часто складний для компіляторів. Деякі архітектури використовують VLIW.
- В порівнянні з мікроконтролерами, обмежений набір периферійних пристроїв — втім, існують «перехідні» чипи, що поєднують в собі властивості DSP і широку периферію мікроконтролерів.
Області застосування
- Комунікаційне обладнання;
- Ущільнення каналів передачі даних;
- Кодування аудіо- і відеопотоків;
- Системи гідро- і радіолокації;
- Розпізнавання голосу і зображень;
- Голосові і музичні синтезатори;
- Аналізатори спектру;
- Керування технологічними процесами;
- Інші області, де необхідна швидкісна обробка сигналів, в тому числі в реальному часі.
Історія
До 1980 року декілька компаній виготовили мікросхеми, які можна вважати першими ЦСП. Так, в 1978 Intel випускає «процесор аналогових сигналів» 2120. В його склад входили АЦП, ЦАП і процесор обробки цифрових даних, однак апаратна функція множення була відсутня. В 1979 AMI випускає S2811 — периферійний пристрій, керований основним процесором комп'ютера. Обидві мікросхеми не досягли успіху на ринку.
Перше покоління (початок 1980-х)
Історію ЦСП розглядають від 1979–1980 років, коли Bell Labs виготовила перший однокристальний ЦСП Mac 4, а також на «IEEE International Solid-State Circuits Conference '80» були показані µMPD7720 компанії NEC і DSP1 компанії AT&T, які, однак, не набулили широкого вжитку. Стандартом де-факто став випущений трохи пізніше кристал TMS32010 фірми Texas Instruments, який багатьма параметрами і вдалими технічними рішеннями переважав вироби конкурентів. Ось деякі його характеристики: Арифметичний блок:
- Розмір слова: 16 біт;
- Розрядність обчислювального пристрою : 32 біт;
- Швидкість: 5 млн операцій додавання або множення в секунду;
- Тривалість командного циклу: 160–280 нс;
Пам'ять:
- Оперативна пам'ять: 144–256 слів;
- Постійна пам'ять програм: 1,5—4 К слів;
- Програмовна постійна пам'ять: до 4К слів (окремі моделі);
Зовнішня шина:
- Розрядність: 16 біт;
- Адресовна пам'ять : 4К слів
- Пропускна здатність: 50 Мбіт/с
- Пристрої введення-виведення: 8 портів по 16 розрядів
Друге покоління (середина 1980-х)
Завдяки прогресу в технологіях, в цей період були випущені ІС з розширеними функціями порівняно з першим поколінням:
- Збільшено об'єм оперативної пам'яті до 0,5 К слів;
- Додана можливість підключення зовнішньої пам'яті програм і пам'яті даних до 128 К слів;
- Швидкість збільшено в 2—4 рази;
- Покращено підсистеми переривання і введення-виведення.
Набагато пізніше були зроблені наступні вдосконалення:
- Збільшена розрядність даних;
- Знижено напругу живлення і, як наслідок, енергоспоживання;
- Введені режими економії енергії;
- Апаратна підтримка мультипроцесорності (система спільного доступу до зовнішньої пам'яті);
- Апаратна підтримка кільцевих регістрів;
- Апаратна підтримка операцій циклів;
- Розширені способи адресації;
- Дві внутрішні шини даних, що дозволяє значно прискорити парну обробку даних (координати X/Y, дійсна і уявна частина і т. д.), або віртуально подвоїти розрядність оброблюваних даних;
- Введена кеш-пам'ять.
Третє покоління (кінець 1980-х)
Третє покоління ЦСП прийнято зв'язувати з реалізацією арифметики з рухомою крапкою (комою). Характерні особливості :
- Продуктивність: біля 20-40 млн оп./сек. (MIPS);
- Два блоки оперативної пам'яті по 1 К 32-розрядних слів з можливістю одночасного доступу;
- Кеш-пам'ять об'ємом 64 слова;
- Розрядність регістрів: 32 біт;
- Розрядність арифметичного блоку: 40 біт;
- Регістри для операцій з підвищеною точністю;
- Вбудовані контролери ПДП;
- Розрядність шин: 32 біт для команд і 24 біт для адреси;
Четверте покоління
Четверте покоління процесорів ЦОС характеризується значним розширенням комплекту команд, створенням VLIW і суперскалярних процесорів. Помітно виросли тактові частоти. Так, наприклад, час виконання команди MAC (Y := X + A × B) вдалось скоротити до 3 нс.
Найкращі (станом на травень 2008) процесори ЦОС можна характеризувати наступними параметрами:
- Тактова частота — 1 ГГц і вище;
- Багатоядерність;
- Наявність дворівневого кешу;
- Вбудовані багатоканальні контролери прямого доступу до пам'яті;
- Продуктивність десь біля кількох тисяч MIPS і MFLOPS;
- Виконання до 8 паралельних інструкцій за такт;
- Сумісність зі стандартними шинами (PCI та ін.)
Оцінка продуктивності
Для порівняння характеристик різних процесорів ЦОС використовують спеціальні набори тестів, що імітують деякі розповсюджені задачі цифрової обробки сигналів. Кожний тест складається з декількох невеликих програм, які пишуться на асемблері і оптимізуються під задану архітектуру. Ці тести можуть включати такі задачі:
Найавторитетнішим пакетом тестів вважається[] тест BTDImark2000 , який крім вказаних алгоритмів включає також оцінку використаної алгоритмом пам'яті, тривалість розробки системи та інші параметри.
Джерела
- Craig Marven, Gillian Ewers A simple approach to digital signal processing — Wiley, 1996–236 стор.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Procesor cifrovoyi obrobki signaliv procesor COS angl digital signal processor DSP ros CSP ce specializovanij programovanij mikroprocesor priznachenij dlya manipulyuvannya v realnomu masshtabi chasu potokom cifrovih danih Arhitektura signalnih procesoriv maye pomitni osoblivosti Shvidke vikonannya operacij harakternih dlya cifrovoyi obrobki signaliv napriklad operaciya mnozhennya z nakopichennyam MAC Y A B X zazvichaj vikonuyetsya za odin takt Vilni za chasom cikli iz zazdalegid vidomoyu dovzhinoyu Bilshist signalnih procesoriv mayut vbudovanu operativnu pam yat z yakoyi mozhe zdijsnyuvatisya vibirka dekilkoh mashinnih sliv odnochasno Determinovana robota z vidomim chasom vikonannya komand sho dozvolyaye vikonuvati planuvannya roboti v realnomu chasi Dosit velika dovzhina konveyera tak sho nezaplanovani umovni perehodi mozhut zajmati vidnosno bagato chasu Ekzotichnij nabir registriv i instrukcij chasto skladnij dlya kompilyatoriv Deyaki arhitekturi vikoristovuyut VLIW V porivnyanni z mikrokontrolerami obmezhenij nabir periferijnih pristroyiv vtim isnuyut perehidni chipi sho poyednuyut v sobi vlastivosti DSP i shiroku periferiyu mikrokontroleriv Oblasti zastosuvannyaKomunikacijne obladnannya Ushilnennya kanaliv peredachi danih Koduvannya audio i videopotokiv Sistemi gidro i radiolokaciyi Rozpiznavannya golosu i zobrazhen Golosovi i muzichni sintezatori Analizatori spektru Keruvannya tehnologichnimi procesami Inshi oblasti de neobhidna shvidkisna obrobka signaliv v tomu chisli v realnomu chasi Procesor COS dlya obrobki video Nintendo Procesor COS v korpusi BGAIstoriyaDo 1980 roku dekilka kompanij vigotovili mikroshemi yaki mozhna vvazhati pershimi CSP Tak v 1978 Intel vipuskaye procesor analogovih signaliv 2120 V jogo sklad vhodili ACP CAP i procesor obrobki cifrovih danih odnak aparatna funkciya mnozhennya bula vidsutnya V 1979 AMI vipuskaye S2811 periferijnij pristrij kerovanij osnovnim procesorom komp yutera Obidvi mikroshemi ne dosyagli uspihu na rinku Pershe pokolinnya pochatok 1980 h Istoriyu CSP rozglyadayut vid 1979 1980 rokiv koli Bell Labs vigotovila pershij odnokristalnij CSP Mac 4 a takozh na IEEE International Solid State Circuits Conference 80 buli pokazani µMPD7720 kompaniyi NEC i DSP1 kompaniyi AT amp T yaki odnak ne nabulili shirokogo vzhitku Standartom de fakto stav vipushenij trohi piznishe kristal TMS32010 firmi Texas Instruments yakij bagatma parametrami i vdalimi tehnichnimi rishennyami perevazhav virobi konkurentiv Os deyaki jogo harakteristiki Arifmetichnij blok Rozmir slova 16 bit Rozryadnist obchislyuvalnogo pristroyu 32 bit Shvidkist 5 mln operacij dodavannya abo mnozhennya v sekundu Trivalist komandnogo ciklu 160 280 ns Pam yat Operativna pam yat 144 256 sliv Postijna pam yat program 1 5 4 K sliv Programovna postijna pam yat do 4K sliv okremi modeli Zovnishnya shina Rozryadnist 16 bit Adresovna pam yat 4K sliv Propuskna zdatnist 50 Mbit s Pristroyi vvedennya vivedennya 8 portiv po 16 rozryadivDruge pokolinnya seredina 1980 h Zavdyaki progresu v tehnologiyah v cej period buli vipusheni IS z rozshirenimi funkciyami porivnyano z pershim pokolinnyam Zbilsheno ob yem operativnoyi pam yati do 0 5 K sliv Dodana mozhlivist pidklyuchennya zovnishnoyi pam yati program i pam yati danih do 128 K sliv Shvidkist zbilsheno v 2 4 razi Pokrasheno pidsistemi pererivannya i vvedennya vivedennya Nabagato piznishe buli zrobleni nastupni vdoskonalennya Zbilshena rozryadnist danih Znizheno naprugu zhivlennya i yak naslidok energospozhivannya Vvedeni rezhimi ekonomiyi energiyi Aparatna pidtrimka multiprocesornosti sistema spilnogo dostupu do zovnishnoyi pam yati Aparatna pidtrimka kilcevih registriv Aparatna pidtrimka operacij cikliv Rozshireni sposobi adresaciyi Dvi vnutrishni shini danih sho dozvolyaye znachno priskoriti parnu obrobku danih koordinati X Y dijsna i uyavna chastina i t d abo virtualno podvoyiti rozryadnist obroblyuvanih danih Vvedena kesh pam yat Tretye pokolinnya kinec 1980 h Tretye pokolinnya CSP prijnyato zv yazuvati z realizaciyeyu arifmetiki z ruhomoyu krapkoyu komoyu Harakterni osoblivosti Produktivnist bilya 20 40 mln op sek MIPS Dva bloki operativnoyi pam yati po 1 K 32 rozryadnih sliv z mozhlivistyu odnochasnogo dostupu Kesh pam yat ob yemom 64 slova Rozryadnist registriv 32 bit Rozryadnist arifmetichnogo bloku 40 bit Registri dlya operacij z pidvishenoyu tochnistyu Vbudovani kontroleri PDP Rozryadnist shin 32 bit dlya komand i 24 bit dlya adresi Chetverte pokolinnyaChetverte pokolinnya procesoriv COS harakterizuyetsya znachnim rozshirennyam komplektu komand stvorennyam VLIW i superskalyarnih procesoriv Pomitno virosli taktovi chastoti Tak napriklad chas vikonannya komandi MAC Y X A B vdalos skorotiti do 3 ns Najkrashi stanom na traven 2008 procesori COS mozhna harakterizuvati nastupnimi parametrami Taktova chastota 1 GGc i vishe Bagatoyadernist Nayavnist dvorivnevogo keshu Vbudovani bagatokanalni kontroleri pryamogo dostupu do pam yati Produktivnist des bilya kilkoh tisyach MIPS i MFLOPS Vikonannya do 8 paralelnih instrukcij za takt Sumisnist zi standartnimi shinami PCI ta in Ocinka produktivnostiDlya porivnyannya harakteristik riznih procesoriv COS vikoristovuyut specialni nabori testiv sho imituyut deyaki rozpovsyudzheni zadachi cifrovoyi obrobki signaliv Kozhnij test skladayetsya z dekilkoh nevelikih program yaki pishutsya na asembleri i optimizuyutsya pid zadanu arhitekturu Ci testi mozhut vklyuchati taki zadachi SIH i BIH filtri Mnozhennya vektoriv Dekoderi Viterbi ShPF shvidke peretvorennya Fur ye Najavtoritetnishim paketom testiv vvazhayetsya kim test BTDImark2000 yakij krim vkazanih algoritmiv vklyuchaye takozh ocinku vikoristanoyi algoritmom pam yati trivalist rozrobki sistemi ta inshi parametri DzherelaCraig Marven Gillian Ewers A simple approach to digital signal processing Wiley 1996 236 stor Cya stattya ye zagotovkoyu Vi mozhete dopomogti proyektu dorobivshi yiyi Ce povidomlennya varto zaminiti tochnishim