Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Цифровой сигнальный процессор - Устройство

Гарвардская архитектура

ЦСП строятся на основе Гарвардской архитектуры

Цифровые сигнальные процессоры строятся на основе т. н. «Гарвардской архитектуры», отличительной особенностью которой является то, что программы и данные хранятся в различных устройствах памяти — памяти программ и памяти данных. В отличие от архитектуры фон Неймана, где процессору для выборки команды и двух операндов требуется минимум три цикла шины, ЦСП может производить одновременные обращения как к памяти команд, так и к памяти данных, и указанная выше команда может быть получена за два цикла шины. В реальности, благодаря продуманности системы команд и другим мерам, это время может быть сокращено до одного цикла. В реальных устройствах память команд может хранить не только программы, но и данные. В этом случае говорят, что ЦСП построен по модифицированной гарвардской архитектуре.

Память команд и память данных обычно располагаются на кристалле ЦСП. В связи с тем, что эта память имеет относительно небольшой объём, возникает необходимость в использовании внешних запоминающих устройств. Для таких устройств раздельные шины команд и данных не используются, так это потребовало бы значительно увеличить количество внешних выводов кристалла, что дорого и непрактично. Поэтому взаимодействие ЦСП с внешними запоминающими устройствами происходит по одному комплекту шин без разделения на команды и данные. Следует также заметить, что обращение к внешней памяти всегда занимает значительно больше времени, чем к внутренней, поэтому в приложениях, критичных ко времени исполнения, такие обращения необходимо минимизировать.

Структурная схема

Конвейерное исполнение команд

Аппаратная реализация основных функций

Умножители

Аппаратный умножитель применяется для сокращения времени выполнения одной из основных операций ЦОС — операции умножения. В процессорах общего назначения эта операция реализуется за несколько тактов сдвига и сложения и занимает много времени, а в DSP благодаря специализированному умножителю — за один командный цикл.

Функционально, умножители делятся на два вида:

• Простой умножитель. Выполняет операцию умножения данных шириной в слово. Результат имеет ширину двойного двойного слова и сохраняется либо в регистре двойной ширины, либо в двух обычных регистрах.
• Умножитель-сумматор. Выполняет операцию умножения с накоплением, которая широко используется во многих алгоритмах цифровой обработки сигналов. Подробнее об использовании данной команды см. в разделе #Классификация ЦСП по архитектуре.

Сдвигатели

Сдвигателем называется как устройство, выполняющее операцию сдвига данных, так и регистр, в котором хранится результат сдвига.

С точки зрения выполняемых функций, сдвигатели делятся на:

• Предсдвигатели, выполняющие сдвиг до начала операции или в ходе ее исполнения;
• Постсдвигатели, выполняющие сдвиг после исполнения операции.

В обоих случаях структура регистра, хранящего результат сдвига, совпадает со структурой аккумулятора.

Функции предсдвигателей

• Предварительное масштабирование. Используется в сложных арифметических командах, например, , а также командах загрузки со сдвигом вида ;
• Сдвиг перед выполнением сложных логических операций, например, ;
• Арифметические, логические и циклические сдвиги в ходе исполнения соответствующих команд.

Функции постсдвигателей

• Масштабирование результатов при сохранении в память. При этом содержимое аккумулятора остается неизменным;
• Удаление битов расширения знака;
• Нормализация;
• Выделение одинакового порядка.

Устройства генерации адреса

Аппаратная организация циклов

АЛУ

Регистры

Аккумулятор

Аккумулятор — регистр, предназначенный для сохранения результатов операций. В архитектуре многих ЦСП предусмотрено два аккумулятора, что позволяет повысить скорость выполнения операций, требующих хранения промежуточных результатов. Технически, аккумулятор может состоять из нескольких регистров:

• EXT — регистр расширения;
• MSP — регистр старшего слова;
• LSP — регистр младшего слова.

Наличие регистра EXT позволяет повысить точность вычисления промежуточных результатов, а также увеличить диапазон хранения значений, не приводящих к переполнению. При сохранении значения аккумулятора в ячейку памяти или в обычный регистр, его значение округляется с учетом стандартной ширины этой ячейки или регистра. С другой стороны, при необходимости, содержимое регистра EXT может быть сохранено отдельно.

Способы адресации

Организация памяти

Представление данных

Операции над данными

Прерывания

Ввод-вывод