ทุกวันนี้การสนทนาที่ได้รับความนิยมในช่วงกลางทศวรรษที่แปดสิบในหมู่วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับระดับที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของโซเวียตล้าหลังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของตะวันตกได้ถูกลืมไปแล้ว จากนั้นระดับการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะถูกตัดสินโดยการพัฒนาโปรเซสเซอร์สำหรับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ม่านเหล็กกำลังทำงานอยู่ ในเวลานั้นเราไม่สามารถจินตนาการได้เลยว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของโซเวียตล้าหลังกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของตะวันตกไม่ถึงปีหรือสองปี แต่ตลอดไป

วิศวกรโซเวียตธรรมดาที่ไม่ได้รับอนุญาตให้เข้าร่วมงานสัมมนาระดับมืออาชีพที่ใหญ่ที่สุดในโลกเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์และไม่ได้เป็นความลับที่ KGB ค้นพบ สามารถตัดสินการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากโครงการ Vremya และจากภาพยนตร์ฮอลลีวูดเมื่อสิบปีก่อน หลังจากตื่นเต้นกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเจมส์ บอนด์ ก็สรุปได้ว่า ทั้งหมดนี้ล้วนเป็นเทคนิคพิเศษของภาพยนตร์ ทุกอย่างถูกสร้างขึ้นบนไมโครโปรเซสเซอร์พิเศษ (ไม่เคยระบุว่าอันไหน) และ “ในที่ที่เราต้องการและใครต้องการ เราก็มีของที่เจ๋งกว่า” หลังจากการสรุปที่ลึกซึ้งดังกล่าว วิศวกรโซเวียตซึ่งมีแรงกระตุ้นเชิงสร้างสรรค์ใหม่ในสถาบันวิจัยของพวกเขา ยังคงสร้างผลงานชิ้นเอกบนวงจรไมโคร TTL 155 ตัว หรือในซีรีส์ 133 ที่ใกล้กับศูนย์อุตสาหกรรมการทหารมากที่สุด

น่าเสียดาย ฉันต้องยอมรับว่าจนกระทั่งประมาณกลางทศวรรษที่ 1990 ฉันก็บอกเป็นนัยว่าโปรเซสเซอร์พิเศษเป็นสิ่งที่ซับซ้อนและไม่อาจจินตนาการได้ แต่โชคดีที่เวลามีการเปลี่ยนแปลง และโปรเซสเซอร์พิเศษตัวแรกที่ฉันคุ้นเคยคือตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลหรือตัวประมวลผลสัญญาณ (DSP, ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล)

ตัวประมวลผลสัญญาณปรากฏขึ้นอันเป็นผลมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีดิจิทัล ซึ่งถูกนำมาใช้มากขึ้นในแอปพลิเคชัน "แอนะล็อก" แบบดั้งเดิม: การสื่อสารทางวิทยุและสาย อุปกรณ์วิดีโอและเสียง การวัด และเครื่องใช้ในครัวเรือน อุปกรณ์ดิจิทัลล้วนๆ ยังจำเป็นต้องมีการสร้างโปรเซสเซอร์พิเศษสำหรับการประมวลผลสัญญาณ เช่น โมเด็ม ดิสก์ไดรฟ์ ระบบประมวลผลข้อมูล ฯลฯ คุณสมบัติหลักที่โดดเด่นของ DSP จากไมโครโปรเซสเซอร์ทั่วไปคือความสามารถในการปรับตัวสูงสุดในการแก้ปัญหาการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล เหล่านี้เป็นตัวควบคุม "พิเศษ" ที่แม่นยำ ซึ่งความเชี่ยวชาญพิเศษนั้นอยู่ในสถาปัตยกรรมและระบบคำสั่งที่จะช่วยให้การแปลงสัญญาณและการกรองสัญญาณที่เหมาะสมที่สุดสามารถดำเนินการได้แบบเรียลไทม์ ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบทั่วไปไม่ได้จัดเตรียมคำสั่งที่ดำเนินการดังกล่าวเลยหรือการทำงานของไมโครคอนโทรลเลอร์ช้ามากซึ่งทำให้ไม่สามารถใช้งานได้ในกระบวนการที่มีความสำคัญด้านความเร็ว ดังนั้น การใช้ไมโครโปรเซสเซอร์แบบเดิมทำให้เกิดความซับซ้อนที่ไม่ยุติธรรมและเพิ่มต้นทุนในการออกแบบวงจรอุปกรณ์ และในทางกลับกัน ทำให้การใช้ความสามารถของคอนโทรลเลอร์ด้านเดียวไม่ได้ผล DSP ถูกเรียกให้แก้ไขความขัดแย้งนี้และรับมือกับงานของพวกเขาได้อย่างสมบูรณ์แบบ

ตัวประมวลผลสัญญาณปรากฏในช่วงต้นทศวรรษที่ 80 โปรเซสเซอร์สัญญาณตัวแรกที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายคือ TMS32010 DSP เปิดตัวในปี 1982 โดย Texas Instruments ด้วยประสิทธิภาพของ MIPS หลายตัว (ล้านคำสั่งต่อวินาที) สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี 1.2 ไมครอน หลังจาก Texas Instruments บริษัทอื่นๆ ก็เริ่มผลิต DSP ปัจจุบัน Texas Instruments เป็นผู้นำในการผลิต DSP โดยเป็นเจ้าของตลาดประมาณครึ่งหนึ่งสำหรับคอนโทรลเลอร์เหล่านี้ ผู้ผลิต DSP ที่ใหญ่เป็นอันดับสองคือ Lucent Technologies ซึ่งผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ประมาณหนึ่งในสาม สี่อันดับแรกปัดเศษโดย Analog Devices และ Motorola ซึ่งมีส่วนแบ่งการตลาดเท่ากันโดยประมาณ และผลิต DSP ทั้งหมดประมาณหนึ่งในสี่รวมกัน ผู้ผลิตที่เหลือแม้ว่าในหมู่พวกเขามี บริษัท ที่มีชื่อเสียงเช่น Samsung, Zilog, Atmel และอื่น ๆ คิดเป็นสัดส่วน 5-6 เปอร์เซ็นต์ที่เหลือของตลาดโปรเซสเซอร์สัญญาณ

เป็นที่ชัดเจนว่าผู้นำเทรนด์ในหมู่ผู้ผลิตคือบริษัทชั้นนำในสาขานี้ และประการแรกคือ Texas Instruments นโยบายของบริษัทชั้นนำในการผลิตและส่งเสริมเครื่องประมวลผลสัญญาณมีความแตกต่างกันอย่างมาก

Texas Instruments มุ่งหวังที่จะผลิตช่วงที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งสามารถครอบคลุมการใช้งานโปรเซสเซอร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดด้วยประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ปัจจุบันประสิทธิภาพของตัวประมวลผลสัญญาณสูงถึง 8800 MIPS และผลิตโดยใช้เทคโนโลยีตั้งแต่ 0.65 ไมครอนถึง 0.1 ไมครอน ความถี่สัญญาณนาฬิกาถึง 1.1 GHz

Lucent Technologies มุ่งเน้นไปที่ผู้ผลิตอุปกรณ์ปลายทางรายใหญ่และนำเสนอผลิตภัณฑ์ผ่านเครือข่ายการจัดจำหน่าย โดยไม่ต้องใช้แคมเปญโฆษณาในวงกว้าง บริษัทเชี่ยวชาญด้าน DSP สำหรับอุปกรณ์โทรคมนาคม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในทิศทางที่มีแนวโน้มในปัจจุบัน เช่น การสร้างสถานีสื่อสารเคลื่อนที่

ในทางตรงกันข้าม Analog Devices ดำเนินนโยบายการตลาดและแคมเปญโฆษณาโดยเห็นได้จากตัวย่อในชื่อ DSP ของ บริษัท นี้ SHARK และ Tiger SHARK (ฉลามและฉลามเสือ) ในด้านเทคนิค โปรเซสเซอร์ของบริษัทนี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้พลังงานและสำหรับการสร้างระบบมัลติโปรเซสเซอร์

โมโตโรล่าจัดจำหน่ายโปรเซสเซอร์ผ่านเครือข่ายการจัดจำหน่ายที่กว้างขวาง ในสถาปัตยกรรม DSP นั้น Motorola เป็นคนแรกที่ใช้เส้นทางในการสร้างตัวประมวลผลสัญญาณและไมโครคอนโทรลเลอร์แบบคลาสสิกบนชิปตัวเดียวซึ่งทำงานเป็นระบบเดียว ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของนักพัฒนาอุปกรณ์ง่ายขึ้นอย่างมากโดยทำให้การออกแบบวงจรง่ายขึ้น

สถาปัตยกรรมและเทคโนโลยีการผลิตของ DSP ได้รับการพัฒนาค่อนข้างดีอย่างไรก็ตามข้อกำหนดสำหรับความเสถียรของการทำงานและความแม่นยำของการคำนวณ DSP นำไปสู่ความจริงที่ว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะกำจัดความซับซ้อนสูงของอุปกรณ์การทำงานที่ทำการประมวลผลข้อมูล (โดยเฉพาะในรูปแบบจุดลอยตัว) ซึ่งไม่ได้ลดต้นทุนในการผลิตโปรเซสเซอร์มากนัก ต้นทุนของ DSP อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 180 ดอลลาร์ขึ้นไปต่อหน่วย

ลักษณะของโปรเซสเซอร์ DSP

ตัวประมวลผลสัญญาณมีการคำนวณความเร็วสูง การรับส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ และสถาปัตยกรรมหน่วยความจำที่เข้าถึงได้หลายทาง

การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ใด ๆ ในระหว่างการดำเนินการจำเป็นต้องมีการดำเนินการเบื้องต้นดังต่อไปนี้: การเลือกตัวถูกดำเนินการ ทำการบวกหรือคูณ บันทึกผลลัพธ์หรือทำซ้ำ นอกจากนี้กระบวนการคำนวณยังต้องมีความล่าช้า การสุ่มตัวอย่างค่าจากเซลล์หน่วยความจำที่ต่อเนื่อง และการคัดลอกข้อมูลจากหน่วยความจำไปยังหน่วยความจำ ในโปรเซสเซอร์สัญญาณ การเพิ่มความเร็วของการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ทำได้เนื่องจาก: การดำเนินการแบบขนาน, การเข้าถึงหน่วยความจำหลายรายการ (ดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวและจัดเก็บผลลัพธ์), การมีรีจิสเตอร์จำนวนมากสำหรับการจัดเก็บข้อมูลชั่วคราว, การใช้งานฮาร์ดแวร์ ความสามารถพิเศษ: การใช้งานความล่าช้า ตัวคูณ การกำหนดที่อยู่วงแหวน ฯลฯ ตัวประมวลผลสัญญาณยังใช้การสนับสนุนฮาร์ดแวร์สำหรับโปรแกรมลูป บัฟเฟอร์วงแหวน และความสามารถในการดึงตัวถูกดำเนินการหลายตัวจากหน่วยความจำพร้อมกันระหว่างรอบการดำเนินการคำสั่ง

ข้อได้เปรียบและความแตกต่างหลักระหว่าง DSP และไมโครโปรเซสเซอร์ทั่วไปคือโปรเซสเซอร์โต้ตอบกับแหล่งข้อมูลมากมายในโลกแห่งความเป็นจริง โปรเซสเซอร์สามารถรับและส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์โดยไม่รบกวนการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ภายใน เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลและดิจิทัลเป็นแอนะล็อก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวถอดรหัส และอุปกรณ์อื่นๆ สำหรับ "การสื่อสาร" โดยตรงกับโลกภายนอกจึงถูกสร้างขึ้นในชิปโดยตรง

การสร้างหน่วยความจำเข้าถึงได้หลายรายการทำได้โดยการใช้สถาปัตยกรรมของฮาร์วาร์ดเป็นหลัก สถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ดหมายถึงสถาปัตยกรรมที่มีบัสข้อมูลสองตัวแยกกันทางกายภาพ ทำให้สามารถเข้าถึงหน่วยความจำสองตัวพร้อมกันได้ แต่เพียงเท่านี้ไม่เพียงพอสำหรับการดำเนินการ DSP โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ตัวถูกดำเนินการสองตัวในคำสั่ง ดังนั้นสถาปัตยกรรมของ Harvard จึงเพิ่มหน่วยความจำแคชเพื่อจัดเก็บคำสั่งที่จะใช้อีกครั้ง เมื่อใช้หน่วยความจำแคช แอดเดรสบัสและบัสข้อมูลจะยังคงว่าง ทำให้สามารถดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวได้ ส่วนขยายนี้ - สถาปัตยกรรม Harvard บวกแคช - เรียกว่าสถาปัตยกรรม Harvard แบบขยายหรือ SHARC (Super Harvard ARChitecture)

เราจะพิจารณาคุณสมบัติเฉพาะของ DSP โดยใช้ตระกูล DSP568xx จาก Motorola ซึ่งรวมคุณสมบัติของตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลและไมโครคอนโทรลเลอร์สากล

แกน DSP56800 เป็นโปรเซสเซอร์ CMOS 16 บิตที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งออกแบบมาเพื่อประมวลผลสัญญาณดิจิทัลแบบเรียลไทม์และงานคำนวณ และประกอบด้วยหน่วยการทำงานสี่หน่วย ได้แก่ การควบคุม การสร้างที่อยู่ ALU และการประมวลผลบิต เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน การทำงานบนอุปกรณ์จะดำเนินการแบบขนาน อุปกรณ์แต่ละชิ้นสามารถทำงานได้อย่างอิสระและพร้อมกันกับอีกสามเครื่องเพราะว่า มีชุดการลงทะเบียนและตรรกะการควบคุมของตัวเอง แกนกลางดำเนินการดำเนินการหลายอย่างพร้อมกัน: อุปกรณ์ควบคุมเลือกคำสั่งแรก อุปกรณ์สร้างที่อยู่จะสร้างที่อยู่ของคำสั่งที่สอง และ ALU จะคูณคำสั่งที่สาม การถ่ายโอนและการดำเนินการแบบรวมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

หน่วยความจำภายในอาจมี (สำหรับครอบครัว):

หน่วยความจำโปรแกรมแฟลชสูงสุด 60K

หน่วยความจำข้อมูลแฟลชสูงสุด 8K

โปรแกรม RAM สูงสุด 2K

ข้อมูล RAM สูงสุด 4K

หน่วยความจำแฟลชโปรแกรมดาวน์โหลด 2K

อุปกรณ์ต่อพ่วงจำนวนมากถูกนำมาใช้กับไมโครชิปของครอบครัว: เครื่องกำเนิด PWM, ADC 12 บิตพร้อมการสุ่มตัวอย่างพร้อมกัน, ตัวถอดรหัสพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส, ตัวจับเวลาสี่ช่องสัญญาณ, ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซ CAN, อินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอนุกรมสองสาย, อินเทอร์เฟซแบบอนุกรม, โปรแกรมได้ ออสซิลเลเตอร์พร้อม PLL เพื่อสร้างความถี่สัญญาณนาฬิกาของแกน DSP และอื่น ๆ

ลักษณะทั่วไป

ประสิทธิภาพ 40 MIPS ที่ความถี่สัญญาณนาฬิกา 80 MHz และแรงดันไฟฟ้า 2.7: 3.6 V;

ตัวคูณบวกตัวคูณ 16x16 แบบปลายด้านเดียว

ตัวสะสม 36 บิตสองตัว รวมถึงบิตส่วนขยาย

ตัวเปลี่ยนเกียร์แบบหมุน 16 บิตแบบรอบเดียว;

การใช้งานฮาร์ดแวร์ของคำสั่ง DO และ REP

บัสข้อมูลภายใน 16 บิตจำนวน 3 ตัว และบัสแอดเดรส 16 บิตจำนวน 3 ตัว

บัสอินเทอร์เฟซภายนอก 16 บิตหนึ่งตัว;

สแต็กของรูทีนย่อยและการขัดจังหวะที่ไม่มีข้อจำกัดเชิงลึก

ชิปตระกูล DSP568xx มีไว้สำหรับใช้ในอุปกรณ์ราคาประหยัด เครื่องใช้ในครัวเรือนที่ต้องการต้นทุนต่ำและไม่ต้องใช้พารามิเตอร์ที่สูงเป็นพิเศษ: โมเด็มแบบมีสายและไร้สาย ระบบส่งข้อความดิจิตอลไร้สาย เครื่องตอบรับโทรศัพท์ดิจิตอล กล้องดิจิตอล เฉพาะทางและ คอนโทรลเลอร์อเนกประสงค์ อุปกรณ์ควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

โดยทั่วไปแล้ว ตัวประมวลผลสัญญาณได้มาถึงขั้นตอนของการพัฒนาที่สามารถใช้ในอุปกรณ์ตั้งแต่สถานีอวกาศไปจนถึงของเล่นเด็กได้

ฉันเพิ่งเห็นว่าการประยุกต์ใช้ตัวประมวลผลสัญญาณที่ไม่คาดคิดสามารถใช้ตัวอย่างของของเล่นได้อย่างไร วันหนึ่ง คนรู้จักคนหนึ่งหันมาหาฉันและขอให้ฉันซ่อมตุ๊กตาพูดได้ซึ่งเพื่อนชาวเยอรมันของเขามอบให้ลูกสาวของเขา ตุ๊กตาตัวนี้วิเศษมากจริงๆ ตามที่เพื่อนบอก เธอเข้าใจวลีได้ถึงห้าสิบวลีและสนทนาอย่างมีสติ ในเยอรมนีราคาหนึ่งร้อยห้าสิบคะแนน ซึ่งทำให้ฉันคิดว่าพ่อแม่เสียใจกับตุ๊กตาที่แตกหักมากกว่าลูก ลูกสาวของฉันชอบตุ๊กตาอยู่แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนที่จะเป็นใบ้ ตุ๊กตาตัวนี้พูดภาษาเยอรมัน โดยปราศจากความหวังที่จะประสบความสำเร็จ ฉันจึงเริ่มซ่อมตุ๊กตาตัวนี้ ฉันใช้ไฟล์เพื่อตะไบอีพอกซีเรซินที่มีการเติมวงจรไว้ และภายใต้ชั้นอีพอกซีหนาและหนา ฉันค้นพบแพ็คเกจไมโครเซอร์กิตครึ่งโหล ซึ่งแพ็คเกจส่วนกลางคือ DSP สำหรับ DSP56F... น่าเสียดายที่ตัวเลขสุดท้ายถูกลบอย่างถาวร มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำให้ตุ๊กตาพูดได้ และน่าเสียดายที่ฉันไม่ได้ระบุได้ว่าตัวประมวลผลสัญญาณเพิ่มความฉลาดเข้าไปมากเพียงใด เมื่อปรากฎในภายหลังลูกชายคนโตของเพื่อนของฉันเพื่อทำให้ตุ๊กตากรีดร้องดังขึ้นก่อนอื่นให้เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าเข้ากับมันแทน 3 V, 4.5 โวลต์ซึ่งยังไม่ "ถึงตาย" และถึงแม้ว่าของเล่นจะหายใจดังเสียงฮืด ๆ มันกรี๊ด แต่หลังจาก 220 V ... . ดังนั้นข้อสรุปแรก - เทคโนโลยีชั้นสูงนั้นดี แต่ก็ไม่เสมอไปและไม่ใช่ทุกที่ ข้อสรุปประการที่สองคือ เร็วๆ นี้ บางทีเราอาจจะได้เห็น DSP ในเครื่องครัว รองเท้า และเสื้อผ้า อย่างน้อยก็ไม่มีอุปสรรคทางเทคนิคในเรื่องนี้

65 นาโนเมตรเป็นเป้าหมายต่อไปของโรงงาน Zelenograd Angstrem-T ซึ่งจะมีราคา 300-350 ล้านยูโร บริษัทได้ยื่นคำขอสินเชื่อพิเศษเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิตให้ทันสมัยไปยัง Vnesheconombank (VEB) แล้ว Vedomosti รายงานในสัปดาห์นี้โดยอ้างอิงถึงประธานคณะกรรมการบริหารของโรงงาน Leonid Reiman ตอนนี้ Angstrem-T กำลังเตรียมที่จะเปิดตัวสายการผลิตสำหรับไมโครวงจรที่มีโทโพโลยี 90 นาโนเมตร การชำระเงินสำหรับเงินกู้ VEB ก่อนหน้านี้ซึ่งได้ซื้อไว้จะเริ่มในกลางปี ​​​​2560

ปักกิ่งถล่มวอลล์สตรีท

ดัชนีสำคัญๆ ของอเมริกาถือเป็นวันแรกของปีใหม่ด้วยการร่วงลงเป็นประวัติการณ์ มหาเศรษฐีจอร์จ โซรอส เตือนแล้วว่าโลกกำลังเผชิญกับวิกฤติปี 2551 ซ้ำแล้วซ้ำอีก

โปรเซสเซอร์ผู้บริโภคชาวรัสเซียเครื่องแรก Baikal-T1 ซึ่งมีราคาอยู่ที่ 60 ดอลลาร์ กำลังถูกเปิดตัวสู่การผลิตจำนวนมาก

บริษัท Baikal Electronics สัญญาว่าจะเปิดตัวโปรเซสเซอร์ Baikal-T1 ของรัสเซียเข้าสู่การผลิตเชิงอุตสาหกรรมซึ่งมีราคาประมาณ 60 ดอลลาร์ในต้นปี 2559 อุปกรณ์ดังกล่าวจะเป็นที่ต้องการหากรัฐบาลสร้างความต้องการนี้ ผู้เข้าร่วมตลาดกล่าว

MTS และ Ericsson จะร่วมกันพัฒนาและใช้งาน 5G ในรัสเซีย

Mobile TeleSystems PJSC และ Ericsson ได้ทำข้อตกลงความร่วมมือในการพัฒนาและการนำเทคโนโลยี 5G ไปใช้งานในรัสเซีย ในโครงการนำร่อง รวมถึงในระหว่างการแข่งขันฟุตบอลโลกปี 2018 MTS ตั้งใจที่จะทดสอบการพัฒนาของผู้จำหน่ายในสวีเดน ในต้นปีหน้า ผู้ดำเนินการจะเริ่มการเจรจากับกระทรวงโทรคมนาคมและสื่อสารมวลชนเกี่ยวกับการกำหนดข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่รุ่นที่ห้า

Sergey Chemezov: Rostec เป็นหนึ่งในสิบบริษัทวิศวกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลกอยู่แล้ว

Sergei Chemezov หัวหน้า Rostec ในการให้สัมภาษณ์กับ RBC ตอบคำถามเร่งด่วน: เกี่ยวกับระบบ Platon ปัญหาและโอกาสของ AVTOVAZ ผลประโยชน์ของ State Corporation ในธุรกิจเภสัชกรรมพูดถึงความร่วมมือระหว่างประเทศในบริบทของการคว่ำบาตร แรงกดดัน การทดแทนการนำเข้า การปรับโครงสร้างองค์กร กลยุทธ์การพัฒนา และโอกาสใหม่ๆ ในช่วงเวลาที่ยากลำบาก

Rostec กำลัง "ฟันดาบตัวเอง" และกำลังรุกล้ำเกียรติยศของ Samsung และ General Electric

คณะกรรมการกำกับดูแลของ Rostec อนุมัติ "กลยุทธ์การพัฒนาจนถึงปี 2025" วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อเพิ่มส่วนแบ่งของผลิตภัณฑ์พลเรือนที่มีเทคโนโลยีสูงและตามทัน General Electric และ Samsung ในตัวชี้วัดทางการเงินที่สำคัญ

DSP คืออะไร?

ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP, ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) ใช้เป็นสัญญาณทางกายภาพที่แปลงเป็นดิจิทัลล่วงหน้าของอินพุต เช่น เสียง วิดีโอ อุณหภูมิ ความดัน และตำแหน่ง และดำเนินการปรับแต่งทางคณิตศาสตร์กับสัญญาณเหล่านั้น โครงสร้างภายในของตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้สามารถทำหน้าที่ทางคณิตศาสตร์ เช่น การบวก การลบ การคูณ และการหารได้อย่างรวดเร็ว

สัญญาณจะต้องได้รับการประมวลผลเพื่อให้สามารถแสดงข้อมูลที่มีอยู่เป็นกราฟิก วิเคราะห์ หรือแปลงเป็นสัญญาณที่มีประโยชน์ประเภทอื่นได้ ในโลกแห่งความเป็นจริง สัญญาณที่สอดคล้องกับปรากฏการณ์ทางกายภาพ เช่น เสียง แสง อุณหภูมิ หรือความดัน จะถูกตรวจจับและควบคุมโดยส่วนประกอบอะนาล็อก จากนั้นตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลจะรับสัญญาณจริงและแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัลเป็นชุดของค่าหนึ่งและศูนย์ ในขั้นตอนนี้ ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะเข้าสู่กระบวนการ ซึ่งจะรวบรวมข้อมูลดิจิทัลและประมวลผล จากนั้นจะส่งข้อมูลดิจิทัลกลับเข้าสู่โลกแห่งความเป็นจริงเพื่อนำไปใช้ต่อไป ข้อมูลมีให้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี - ดิจิทัลหรืออะนาล็อก ในกรณีที่สอง สัญญาณดิจิทัลจะถูกส่งผ่านตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก การกระทำทั้งหมดนี้ดำเนินการด้วยความเร็วสูงมาก

เพื่ออธิบายแนวคิดนี้ ให้พิจารณาบล็อกไดอะแกรมด้านล่าง ซึ่งแสดงวิธีการใช้ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องเล่นเสียง MP3 ในระหว่างขั้นตอนการบันทึก สัญญาณเสียงอะนาล็อกจะเข้าสู่ระบบจากเครื่องรับหรือแหล่งอื่น สัญญาณแอนะล็อกนี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลโดยใช้ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล และส่งไปยังตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะเข้ารหัสเป็นรูปแบบ MP3 และจัดเก็บไฟล์ไว้ในหน่วยความจำ ในระหว่างขั้นตอนการเล่น ไฟล์จะถูกดึงมาจากหน่วยความจำ ถอดรหัสโดยตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล และแปลงโดยตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อกกลับเป็นสัญญาณอะนาล็อกที่สามารถเล่นได้ในระบบลำโพง ในตัวอย่างที่ซับซ้อนมากขึ้น ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลอาจทำหน้าที่เพิ่มเติม เช่น การควบคุมระดับเสียง การชดเชยความถี่ และการจัดหาอินเทอร์เฟซผู้ใช้

คอมพิวเตอร์สามารถใช้ข้อมูลที่สร้างโดยโปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิทัลได้ เช่น เพื่อควบคุมระบบรักษาความปลอดภัย โทรศัพท์ ระบบโฮมเธียเตอร์ หรือการบีบอัดวิดีโอ สามารถบีบอัดสัญญาณเพื่อการส่งข้อมูลที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง (เช่น ในระบบการประชุมทางไกลสำหรับการส่งเสียงและวิดีโอผ่านสายโทรศัพท์) สัญญาณยังอาจมีการประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงคุณภาพหรือให้ข้อมูลที่มนุษย์ไม่สามารถเข้าถึงได้ในตอนแรก (เช่น ในงานตัดเสียงก้องในโทรศัพท์มือถือหรือการปรับปรุงภาพคอมพิวเตอร์) สัญญาณทางกายภาพสามารถประมวลผลได้ในรูปแบบแอนะล็อก แต่การประมวลผลแบบดิจิทัลจะให้คุณภาพและความเร็วที่ดีขึ้น

เนื่องจาก DSP สามารถตั้งโปรแกรมได้ จึงสามารถใช้งานได้หลากหลาย เมื่อสร้างโปรเจ็กต์ คุณสามารถเขียนซอฟต์แวร์ของคุณเองหรือใช้ซอฟต์แวร์ที่มาจาก Analog Devices หรือบุคคลที่สาม

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประโยชน์ของการใช้ DSP ในการประมวลผลสัญญาณในโลกแห่งความเป็นจริง คุณสามารถอ่านส่วนแรกของ Digital Signal Processing 101 - An Introduction to DSP System Design ในหัวข้อ "ทำไมต้องเป็น DSP"

มีอะไรอยู่ภายในตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP)

ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:

• หน่วยความจำโปรแกรม:ประกอบด้วยโปรแกรมที่ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลใช้ในการประมวลผลข้อมูล
• หน่วยความจำข้อมูล:ประกอบด้วยข้อมูลที่จำเป็นต้องประมวลผล
• แกนประมวลผล:ดำเนินการประมวลผลทางคณิตศาสตร์โดยการเข้าถึงโปรแกรมที่อยู่ในหน่วยความจำโปรแกรมและข้อมูลที่อยู่ในหน่วยความจำข้อมูล
• ระบบย่อย I/O:มีฟังก์ชั่นมากมายในการเชื่อมต่อกับโลกภายนอก

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์อุปกรณ์อะนาล็อกและไมโครคอนโทรลเลอร์แอนะล็อกที่มีความแม่นยำ เราขอแนะนำให้คุณตรวจสอบแหล่งข้อมูลต่อไปนี้:

การประมวลผลสัญญาณดิจิตอลเป็นเรื่องที่ซับซ้อน และสามารถครอบงำได้แม้กระทั่งมืออาชีพ DSP ที่ช่ำชองที่สุด เราได้ให้ภาพรวมสั้นๆ ที่นี่ แต่อุปกรณ์อะนาล็อกยังเสนอแหล่งข้อมูลเพิ่มเติมที่ให้ข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล:

• - การทบทวนเทคโนโลยีและประเด็นการใช้งานจริง

• ชุดบทความในนิตยสาร Analog Dialogue: (เป็นภาษาอังกฤษ)
• ส่วนที่ 1: เหตุใดคุณจึงต้องมีตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล สถาปัตยกรรม DSP และข้อดีของการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลเหนือวงจรแอนะล็อกแบบดั้งเดิม
• ส่วนที่ 2: เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวกรองดิจิทัล
• ส่วนที่ 3: การใช้อัลกอริทึมบนแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์
• ส่วนที่ 4: ข้อควรพิจารณาในการเขียนโปรแกรมสำหรับการสนับสนุน I/O แบบเรียลไทม์
• : คำที่ใช้บ่อยและความหมาย

ห้องปฏิบัติการ DSP แบบลงมือปฏิบัติจริงเป็นวิธีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการทำความคุ้นเคยกับการใช้งาน Analog Devices DSP สิ่งเหล่านี้จะช่วยให้คุณได้รับความมั่นใจและทักษะการปฏิบัติจริงในการทำงานกับตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล Analog Devices ผ่านหลักสูตรการบรรยายและแบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ สามารถดูกำหนดการและข้อมูลการลงทะเบียนได้ที่หน้าการฝึกอบรมและการพัฒนา

การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล DSP (ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล)

ลักษณะเฉพาะดีเอสพี

DSP เป็นโปรเซสเซอร์เฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันที่เน้นการคำนวณ
หากเราพิจารณาให้ละเอียดยิ่งขึ้น เช่น ในกระบวนการคูณตัวเลขสองตัวด้วยการจัดเก็บผลลัพธ์ในไมโครโปรเซสเซอร์แบบเดิม เราจะเห็นว่าเวลาของคอมพิวเตอร์ถูกใช้ไปอย่างไร ขั้นแรก จะมีการดึงคำสั่งออกมา (ที่อยู่คำสั่งถูกตั้งค่าเป็นแอดเดรสบัส ) จากนั้นตัวถูกดำเนินการตัวแรก (ที่อยู่ของตัวถูกดำเนินการถูกตั้งค่าเป็นแอดเดรสบัส ) จากนั้นตัวถูกดำเนินการจะถูกถ่ายโอนไปยังตัวสะสม จากนั้นตัวถูกดำเนินการตัวที่สองจะถูกดึงข้อมูล ฯลฯ การเร่งความเร็วของกระบวนการนี้ในโปรเซสเซอร์ที่ใช้งานทั่วไปเป็นไปไม่ได้เนื่องจากมีบัสที่อยู่เดียวและบัสข้อมูลเดียว รวมถึงธนาคารข้อมูลเดียว ด้วยเหตุนี้ การดำเนินการทั้งหมดเพื่อดึงตัวถูกดำเนินการจากหน่วยความจำ ดึงคำสั่ง และจัดเก็บตัวถูกดำเนินการจะดำเนินการตามลำดับโดยใช้บัสข้อมูลและบัสที่อยู่เดียวกัน นอกจากนี้ หากเราพิจารณาการดำเนินการผลรวมแบบวนของอนุกรมเลขคณิต เราจะเห็นว่าค่าใช้จ่ายด้านเวลาเกี่ยวข้องกับการจดจำที่อยู่ของคำสั่งแรกของวงจร ตรวจสอบสภาพของวงจร (ตัวนับ) และกลับสู่ คำสั่งแรก นอกจากนี้ยังมีค่าใช้จ่ายจำนวนมากในการข้ามรูทีนย่อยและการดำเนินการส่งคืน (การเขียนและการกู้คืนค่ารีจิสเตอร์จากสแต็ก) และในการดำเนินการอื่น ๆ อีกมากมาย หากเราคำนึงถึงการดำเนินการทางคณิตศาสตร์จำนวนมากเมื่อทำการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะเห็นได้ชัดว่าการสูญเสียความแม่นยำในการคำนวณที่ละเอียดอ่อนมากในระหว่างการปัดเศษนั้นเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งไม่สามารถส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์โดยรวมได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความกว้างเท่ากันของรีจิสเตอร์ทั้งหมดของโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์
ด้วยการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล ต้นทุนทั้งหมดนี้เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ เพื่อที่จะเอาชนะข้อบกพร่องของโปรเซสเซอร์อเนกประสงค์นี้ จึงได้มีการพัฒนาตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP - ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล)

สถาปัตยกรรมสามรถบัสฮาร์วาร์ด

ลักษณะเฉพาะของมันอยู่ที่ความจริงที่ว่าไม่เหมือนกับรถบัสสองคันที่เราคุ้นเคย: บัสที่อยู่และบัสข้อมูลรวมถึงธนาคารหน่วยความจำหนึ่งแห่ง DSP มีรถบัสที่แตกต่างกันอย่างน้อย 6-7 คันและธนาคารหน่วยความจำ 2-3 แห่ง คุณสมบัตินี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มความเร็วสูงสุดให้กับการดำเนินการคูณในขณะที่จัดเก็บผลลัพธ์ ซึ่งเป็นระบบที่ใช้มากที่สุดและต้องใช้ทรัพยากรมากในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลอย่างไม่ต้องสงสัย สถาปัตยกรรม DSP อนุญาต ในหนึ่งรอบเครื่องผลิต:

• การดึงคำสั่งผ่านบัสแอดเดรสของโปรแกรมและบัสข้อมูลของโปรแกรม
• ดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวสำหรับการดำเนินการคูณผ่านบรรทัดที่อยู่ข้อมูลสองบรรทัด
• การป้อนตัวถูกดำเนินการลงในตัวสะสมผ่านบัสข้อมูลสองตัว
• การดำเนินการคูณ
• บันทึกผลลัพธ์ไว้ในตัวสะสม

ดังนั้น สถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ดแบบสามบัสช่วยให้การดำเนินการเกือบทุกอย่างสามารถทำได้ในวงจรเครื่องจักรเดียว
เป็นตัวอย่างประสิทธิภาพของการใช้ DSP เมื่อใช้อัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล เวลาดำเนินการของการแปลงฟูริเยร์ 1024 จุดที่ซับซ้อนคือ 20 ms สำหรับ 486DX2 66 MHz (32 บิต) และ 3.23 ms สำหรับ 24 บิต 33 MHz DSP56001 จาก Motorola หรือ 3.1 ms สำหรับ 32 บิต 33 MHz DSP TMS320C30 พร้อมเลขคณิตลอยตัวจาก Texas Instruments
อย่างไรก็ตาม ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลมีความโดดเด่นไม่เพียงแต่ประสิทธิภาพสูงเท่านั้น ซึ่งวัดด้วยความเร็วของการดำเนินการคูณ/การสะสม (MIPS - ล้านคำสั่งต่อวินาที) แต่ยังรวมถึงคุณลักษณะต่างๆ เช่น ลำดับของการทำงานของโปรแกรม การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ด้วย และการกำหนดแอดเดรสหน่วยความจำ ช่วยให้คุณลดเวลาที่ไม่เกิดผลให้เหลือน้อยที่สุด โดยทั่วไป DSP แตกต่างจากไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ประเภทอื่นในห้าวิธีหลักดังต่อไปนี้:

• เลขคณิตที่รวดเร็ว

โปรเซสเซอร์ DSP ต้องดำเนินการคูณ การคูณด้วยการสะสม การเปลี่ยนแปลงแบบวน ตลอดจนการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะมาตรฐานในรอบเดียว

• ขยายไดนามิกวอลุ่มสำหรับการดำเนินการทวีคูณ/สะสม

การดำเนินการคำนวณผลรวมของลำดับค่าที่แน่นอนเป็นพื้นฐานสำหรับอัลกอริธึมที่ใช้งานบน DSP การป้องกันน้ำล้นเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญหายของข้อมูล

• ดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวในรอบเดียว

แน่นอนว่าการดำเนินการส่วนใหญ่ที่ดำเนินการโดย DSP ต้องการตัวถูกดำเนินการสองตัว ดังนั้น เพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพสูงสุด โปรเซสเซอร์จะต้องสามารถดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวพร้อมกันได้ ซึ่งยังต้องการระบบการกำหนดแอดเดรสที่ยืดหยุ่นด้วย

• ความพร้อมใช้งานของบัฟเฟอร์แบบวนรอบที่ใช้ฮาร์ดแวร์ (ในตัวและภายนอก)

อัลกอริธึมระดับกว้างที่ใช้กับ DSP จำเป็นต้องใช้บัฟเฟอร์แบบวน การสนับสนุนฮาร์ดแวร์สำหรับการวนรอบตัวชี้ที่อยู่ หรือการกำหนดแอดเดรสแบบโมดูลาร์ ช่วยลดโอเวอร์เฮดของ CPU และทำให้การใช้อัลกอริทึมง่ายขึ้น

• จัดระเบียบลูปและสาขาโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ

อัลกอริธึม DSP เกี่ยวข้องกับการดำเนินการซ้ำ ๆ มากมายซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นลูปได้ ความสามารถในการจัดลำดับการดำเนินการของโปรแกรมโค้ดในลูปโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพทำให้ DSP แตกต่างจากโปรเซสเซอร์อื่นๆ ในทำนองเดียวกัน การเสียเวลาในการดำเนินการสาขาแบบมีเงื่อนไขก็เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลเช่นกัน
อย่างไรก็ตาม เราไม่ควรคิดว่า DSP สามารถแทนที่โปรเซสเซอร์อเนกประสงค์ได้อย่างสมบูรณ์ โดยทั่วไป ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะมีชุดคำสั่งแบบง่ายที่ไม่อนุญาตให้การดำเนินการที่ไม่ใช่ทางคณิตศาสตร์ดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับตัวประมวลผลทั่วไป ความพยายามที่จะรวมพลังสำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์และความยืดหยุ่นสำหรับการดำเนินการประเภทอื่นในโปรเซสเซอร์ตัวเดียวทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างไม่ยุติธรรม ดังนั้น DSP จึงมักจะใช้ในรูปแบบของโปรเซสเซอร์ร่วม (ทางคณิตศาสตร์ กราฟิก ตัวเร่งความเร็ว ฯลฯ) กับโปรเซสเซอร์หลักหรือเป็นโปรเซสเซอร์อิสระ หากเพียงพอ

ดีเอสพีบริษัทโมโตโรล่า

ปัจจุบัน Motorola ผลิตโปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิทัลสามตระกูล เหล่านี้คือซีรี่ส์ DSP56100, DSP56000 และ DSP96000 ไมโครวงจรทั้งหมดของซีรีย์ที่กำหนดนั้นใช้สถาปัตยกรรม DSP56000 และมีความลึกบิตแตกต่างกัน (16, 24, 32 บิตตามลำดับ) และอุปกรณ์ในตัวบางตัว ด้วยวิธีนี้ ความเข้ากันได้ของชิปจากทั้งสามตระกูลจึงทำได้ตั้งแต่ล่างขึ้นบน Motorola DSP ทั้งหมดสร้างขึ้นบนสถาปัตยกรรม Harvard แบบ 3 บัสที่เหมือนกันตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ โดยมีส่วนประกอบ พอร์ต ตัวควบคุม ธนาคารหน่วยความจำ และบัสจำนวนมากที่ทำงานแบบขนานเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด
การถ่ายโอนข้อมูลเกิดขึ้นบนบัสข้อมูลแบบสองทิศทาง (หนึ่งรายการสำหรับ DSP56100 (XDB) และสองรายการสำหรับ DSP56000 และ DSP96000 (XDB และ YDB)) บัสข้อมูลโปรแกรม (PDB) และบัสข้อมูลทั่วไป (GDB) นอกจากนี้ DSP96000 ยังมีบัสเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DDB) แยกต่างหาก การถ่ายโอนข้อมูลระหว่างรถโดยสารเกิดขึ้นผ่านทางภายใน อุปกรณ์จัดการยาง
ที่อยู่ดำเนินการผ่านบัสทิศทางเดียวสองบัส: บัสข้อมูลและบัสที่อยู่โปรแกรม
บล็อกการจัดการบิตช่วยให้คุณควบคุมสถานะของบิตใด ๆ ในรีจิสเตอร์และเซลล์หน่วยความจำได้อย่างยืดหยุ่น การมีความสามารถนี้เป็นข้อได้เปรียบเหนือ DSP ของผู้ใช้รายอื่น
หน่วยลอจิกเลขคณิต (ALU)ดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะทั้งหมด และรวมถึงรีจิสเตอร์อินพุต, แอคคูมูเลเตอร์, รีจิสเตอร์ส่วนขยายของแอคคิวมูเลเตอร์ (8 บิต, ช่วยให้โอเวอร์โฟลว์ได้ 256 รายการโดยไม่สูญเสียความแม่นยำ), การคูณรอบเดียวแบบขนานและหน่วยจัดเก็บ (MAS) รวมถึงรีจิสเตอร์กะที่ยืดหยุ่น คำสั่งระบบช่วยให้คุณสามารถดำเนินการ ALU ได้ในหนึ่งรอบของคำสั่งการคูณ การคูณด้วยการบันทึกผลลัพธ์ การบวก การลบ การเปลี่ยนแปลง และการดำเนินการทางลอจิคัล คุณลักษณะเฉพาะของ Motorola DSP คือความสามารถในการเพิ่มรีจิสเตอร์อินพุตของ ALU เป็นสองเท่า และทำให้ความลึกบิตของตัวเลขที่ประมวลผลเพิ่มขึ้น คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการมีการดำเนินการแบ่งซึ่งมักจะขาดหายไปจากผู้ผลิตรายอื่นและถูกแทนที่ด้วยการดำเนินการคูณด้วยจำนวนผกผันซึ่งทำให้สูญเสียความแม่นยำ
บล็อกการสร้างที่อยู่ทำการคำนวณทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดที่อยู่ในหน่วยความจำ บล็อกนี้ทำงานโดยไม่ขึ้นอยู่กับบล็อกตัวประมวลผลอื่นๆ ในหนึ่งรอบ สามารถดำเนินการอ่านสองครั้งจากหน่วยความจำหรือการดำเนินการเขียนหนึ่งครั้งได้ DSP ของ Motorola มีระบบการกำหนดแอดเดรสที่ทรงพลังอย่างยิ่ง ซึ่งช่วยให้การจัดการข้อมูลเกือบทั้งหมดสามารถทำได้ด้วยคำสั่งเดียว คุณสมบัติที่สำคัญนี้ทำให้ DSP ที่ผลิตโดยบริษัทแตกต่างจากระบบอะนาล็อก การกำหนดที่อยู่แบบโมดูโล่มีประโยชน์สำหรับการจัดระเบียบบัฟเฟอร์วงแหวนโดยไม่ต้องตรวจสอบนอกขอบเขต จึงหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายด้านเวลา ความสามารถในการจัดการกับการกลับบิตที่มีนัยสำคัญช่วยอำนวยความสะดวกในการดำเนินการ FFT
ปิดกั้น การจัดการ การดำเนินการ โปรแกรมมี 6 รีจิสเตอร์ ซึ่งในจำนวนนี้ ตัวชี้ที่อยู่แบบวนซ้ำและ ตัวนับรอบช่วยให้คุณสามารถจัดระเบียบการสนับสนุนฮาร์ดแวร์สำหรับการจัดระเบียบลูปใน Motorola DSP ซึ่งไม่ต้องการรอบเครื่องเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบเงื่อนไขในการออกจากลูปและการเปลี่ยนตัวนับลูป คำสั่ง DO Cycle ระบุจำนวนการทำซ้ำอย่างชัดเจน
สแต็กระบบเป็นส่วนแยกต่างหากของ RAM 15 คำ และสามารถจัดเก็บข้อมูลประมาณ 15 อินเทอร์รัปต์, 7 ลูป หรือ 15 รูทีนย่อยออก ข้อมูลจากสแต็กจะถูกอ่านในรอบเดียว ซึ่งช่วยลดโอเวอร์เฮดของโปรเซสเซอร์
คุณสมบัติหลักที่โดดเด่นของ DSP ของ Motorola คือชิปทั้งหมดมี โปรแกรมจำลองบนชิปช่วยให้สามารถแก้ไขข้อบกพร่องของโปรแกรมได้โดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องซื้อเครื่องมือแก้ไขข้อบกพร่องราคาแพง โปรแกรมจำลองช่วยให้คุณสามารถเขียน/อ่านรีจิสเตอร์และเซลล์หน่วยความจำ ตั้งค่าเบรกพอยต์ การดำเนินการโปรแกรมทีละขั้นตอน และการดำเนินการอื่นๆ โดยการส่งคำสั่งผ่านบัส 4 สาย
เพื่อลดการใช้พลังงานเมื่อไม่ได้ประมวลผล มีโหมดพลังงานต่ำให้เลือกสองโหมด: หยุดและ รอ.
เพื่อทำงานร่วมกับโปรเซสเซอร์ตัวอื่นและช่องทางการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรงในตัว อินเตอร์เฟซโฮสต์
ด้วยคุณสมบัติข้างต้นทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลสัญญาณดิจิตอล Motorola DSP มีระบบคำสั่งที่ทรงพลังและยืดหยุ่นอย่างยิ่งซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถทำงานกับโปรเซสเซอร์ได้อย่างสะดวกและมีประสิทธิภาพ

ครอบครัว DSP96000

DSP ตระกูล DSP96000 มีสถาปัตยกรรม 32 บิต และรองรับการดำเนินการจุดลอยตัว ไมโครวงจรของครอบครัวได้รับการออกแบบสำหรับระบบคอมพิวเตอร์มัลติมีเดีย DSP ของซีรีส์นี้สามารถทำงานเป็นชิปอิสระ และผ่านพอร์ต 32 บิตอิสระสองพอร์ต จึงสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลตามลำดับกับโปรเซสเซอร์อื่นได้
วงจรไมโครของครอบครัวประกอบด้วยธนาคารหน่วยความจำ 6 ชุด บัส 8 คัน และหน่วยประมวลผลอัตโนมัติ 4 หน่วย ได้แก่ ALU หน่วยควบคุมโปรแกรม หน่วยสร้างที่อยู่คู่ และตัวควบคุมการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรงแบบสองช่องสัญญาณในตัว
ลักษณะของชิปตระกูล DSP96000:

• 49.5 MIPS ที่ 40 MHz
• 60 MFLOPS ที่ 40 MHz, รอบ 50 ns
• องค์กรแบบ 32 บิต
• หน่วยความจำข้อมูล 2 ช่อง RAM 512x32 บิต
• ROM 2 ช่อง หน่วยความจำข้อมูล 512x32 บิต
• โปรแกรม RAM 1024x32 บิต
• ROM บูต 56 ไบต์
• หน่วยความจำภายนอกที่สามารถระบุตำแหน่งได้ 2x232 ข้อมูลคำ 32 บิตและหน่วยความจำโปรแกรม
• โปรแกรมจำลองในตัว
• ดีเอ็มเอ 2 ช่อง
• 2 ช่องทางการแลกเปลี่ยนกับโปรเซสเซอร์ภายนอก
• แพ็คเกจ PGA หรือ QFP 223 พิน

ดีเอสพีบริษัทเท็กซัสเครื่องดนตรี

DSP ของ บริษัท นี้แสดงโดยไมโครโปรเซสเซอร์ต่อไปนี้: TMS 32010, TMS 320C20, TMS 320C25, TMS 320C30, TMS 320C40, TMS 320C50

คุณสมบัติของสถาปัตยกรรม TMS320C25

สถาปัตยกรรม TMS320C2x มีพื้นฐานมาจากสถาปัตยกรรม TMS32010 ซึ่งเป็นสมาชิกตัวแรกของตระกูลไมโครโปรเซสเซอร์ DSP นอกจากนี้ ชุดคำสั่งยังซ้อนทับชุดคำสั่งของไมโครโปรเซสเซอร์ TMS32010 ซึ่งรักษาความเข้ากันได้ของซอฟต์แวร์จากล่างขึ้นบน
ไมโครโปรเซสเซอร์ TMS320C2x มีแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียว และใช้สถาปัตยกรรม Harvard ซึ่งหน่วยความจำข้อมูลและหน่วยความจำโปรแกรมถูกแยกออกเป็นช่องว่างที่อยู่ที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถบล็อกการโทรและการดำเนินการคำสั่งได้ทันเวลาอย่างสมบูรณ์ ระบบคำสั่งประกอบด้วยคำสั่งสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างพื้นที่หน่วยความจำสองแห่ง ภายนอกไมโครโปรเซสเซอร์ พื้นที่ข้อมูลและพื้นที่หน่วยความจำโปรแกรมจะรวมกันบนบัสเดียวกัน เพื่อเพิ่มช่วงที่อยู่ในพื้นที่หน่วยความจำทั้งสองให้สูงสุด ในขณะเดียวกันก็ลดจำนวนพินไปพร้อมๆ กัน ภายในไมโครโปรเซสเซอร์ พื้นที่โปรแกรมและข้อมูลจะถูกส่งไปยังบัสแยกกันเพื่อเพิ่มพลังของโปรเซสเซอร์และความเร็วในการดำเนินการโปรแกรม
ความยืดหยุ่นในการออกแบบระบบที่เพิ่มขึ้นนั้นมาจากบล็อก RAM ขนาดใหญ่สองบล็อกที่อยู่บนชิป ซึ่งหนึ่งในนั้นสามารถใช้เป็นทั้งหน่วยความจำโปรแกรมและหน่วยความจำข้อมูล คำสั่งโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่ดำเนินการในรอบเครื่องเดียวโดยใช้ทั้งหน่วยความจำโปรแกรมภายนอกที่รวดเร็วและหน่วยความจำ RAM ภายใน ความยืดหยุ่นของไมโครโปรเซสเซอร์ TMS320C2x ยังช่วยให้สามารถเชื่อมต่อหน่วยความจำภายนอกที่ช้าหรืออุปกรณ์ต่อพ่วงโดยใช้สัญญาณ READY แต่ในกรณีนี้ คำสั่งจะถูกดำเนินการในหลายรอบของเครื่อง

องค์กรหน่วยความจำ

ชิป TMS32020 ประกอบด้วยหน่วยความจำ RAM 544 คำ 16 บิต โดย 288 คำ (บล็อก B1 และ B2) จะถูกจัดสรรสำหรับข้อมูลเสมอ และ 256 คำ (บล็อก B0) สามารถใช้เป็นหน่วยความจำข้อมูลหรือเป็นหน่วยความจำโปรแกรมในโปรเซสเซอร์ที่แตกต่างกัน การกำหนดค่า นอกจากนี้ TMS320C25 ยังมาพร้อมกับ ROM ที่ปกปิดคำได้ 4K และ TMS320E25 ยังมาพร้อมกับหน่วยความจำคำ 4K พร้อมด้วย EPROM ที่สามารถลบได้ด้วยรังสียูวี
TMS320C2x มาพร้อมกับช่องว่างแอดเดรสสามช่องที่แยกจากกัน - สำหรับหน่วยความจำโปรแกรม สำหรับหน่วยความจำข้อมูล และสำหรับอุปกรณ์ I/O ดังแสดงในรูป 6.5. พื้นที่นอกชิปเหล่านี้มีความโดดเด่นโดยใช้สัญญาณ -PS, -DS, -IS (สำหรับโปรแกรม ข้อมูล พื้นที่ I/O ตามลำดับ) บล็อกหน่วยความจำ B0, B1, B2 ซึ่งอยู่บนชิปครอบคลุมหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) ทั้งหมด 544 คำ RAM block B0 (256 คำ) อยู่บนหน้าที่ 4 และ 5 ของหน่วยความจำข้อมูล หากได้รับการจัดสรรสำหรับข้อมูล หรือที่ที่อยู่ >FF00 - >FFFF หากเป็นส่วนหนึ่งของหน่วยความจำโปรแกรม บล็อก B1 (ข้อมูลเท่านั้น) อยู่ที่หน้าที่ 6 และ 7 และบล็อก B2 มีคำสูงสุด 32 คำจากหน้าที่ 0 โปรดทราบว่าส่วนที่เหลือของหน้า 0 ถูกครอบครองโดยรีจิสเตอร์ที่สามารถกำหนดแอดเดรสได้ 6 รายการและพื้นที่สำรอง หน้าที่ 1 - 3 แสดงถึงพื้นที่สำรองด้วย พื้นที่สำรองไม่สามารถใช้ในการจัดเก็บข้อมูลได้ เนื้อหาไม่ได้ถูกกำหนดไว้เมื่ออ่าน
หน่วยความจำโปรแกรมภายใน (ROM) ที่อยู่บนชิปโปรเซสเซอร์สามารถใช้เป็นหน่วยความจำโปรแกรมคำ 4K ที่ต่ำกว่าได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ต้องใช้สัญญาณระดับต่ำกับพิน MP/*MC หากต้องการห้ามการใช้พื้นที่ ROM ภายใน ต้องตั้งค่า MP/*MC ไว้ที่ระดับสูง

หน่วยความจำภายนอกและอินเทอร์เฟซ I/O

ไมโครโปรเซสเซอร์ TMS32020 รองรับระบบอินเทอร์เฟซที่หลากหลาย พื้นที่ข้อมูล โปรแกรม และที่อยู่ I/O มอบอินเทอร์เฟซให้กับหน่วยความจำและอุปกรณ์ภายนอก ช่วยเพิ่มความสามารถของระบบ อินเทอร์เฟซหน่วยความจำภายในประกอบด้วย:

• บัสข้อมูล 16 บิต (D0-D15);
• แอดเดรสบัส 16 บิต (A0-A15);
• พื้นที่ที่อยู่สำหรับข้อมูล โปรแกรม และ I/O ที่เลือกโดยสัญญาณ (*DS, *PS และ *IS)
• สัญญาณควบคุมระบบต่างๆ

สัญญาณ R/*W ควบคุมทิศทางการส่งสัญญาณ และสัญญาณ *STRB ควบคุมการส่งสัญญาณ
พื้นที่ I/O ประกอบด้วยพอร์ตอินพุต 16 พอร์ตและพอร์ตเอาต์พุต 16 พอร์ต พอร์ตเหล่านี้มีอินเทอร์เฟซแบบ 16 บิตเต็มรูปแบบให้กับอุปกรณ์ภายนอกผ่านบัสข้อมูล I/O ครั้งเดียวโดยใช้คำสั่ง IN และ OUT เสร็จสิ้นในสองรอบคำสั่ง อย่างไรก็ตามการใช้ตัวนับการทำซ้ำจะช่วยลดเวลาในการเข้าถึงพอร์ตหนึ่งพอร์ตเหลือ 1 รอบ
การใช้ I/O ง่ายขึ้นเนื่องจาก I/O ดำเนินการในลักษณะเดียวกับการเข้าถึงหน่วยความจำ อุปกรณ์ I/O ถูกแมปกับพื้นที่ที่อยู่ I/O โดยใช้ที่อยู่โปรเซสเซอร์ภายนอกและบัสข้อมูล ในลักษณะเดียวกับหน่วยความจำ เมื่อจัดการกับหน่วยความจำภายใน บัสข้อมูลจะอยู่ในสถานะที่สาม และสัญญาณควบคุมจะอยู่ในสถานะพาสซีฟ (สูง)
การโต้ตอบกับหน่วยความจำและอุปกรณ์ I/O ที่ความเร็วต่างๆ จะมาพร้อมกับสัญญาณ READY เมื่อสื่อสารกับอุปกรณ์ที่ช้า TMS320C2x จะรอจนกว่าอุปกรณ์จะทำงานเสร็จสิ้นและส่งสัญญาณให้โปรเซสเซอร์ทราบเกี่ยวกับสิ่งนี้ผ่านสาย READY หลังจากนั้นโปรเซสเซอร์ยังคงทำงานต่อไป

หน่วยลอจิกเลขคณิตกลาง

Central Arithmetic Logic Unit (CALU) ประกอบด้วยรีจิสเตอร์กะสเกลขนาด 16 บิต, ตัวคูณแบบขนาน 16 x 16, หน่วยลอจิกทางคณิตศาสตร์ (ALU) 32 บิต, ตัวสะสม 32 บิต และรีจิสเตอร์กะเพิ่มเติมหลายตัวที่อยู่ทั้งสองที่ เอาต์พุตของตัวคูณและที่เต้าเสียบแบตเตอรี่
การดำเนินการ ALU ใดๆ จะดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้:

1. ข้อมูลถูกจับจาก RAM ไปยังบัสข้อมูล
2. ข้อมูลผ่านการลงทะเบียนกะสเกลและผ่าน ALU ซึ่งดำเนินการทางคณิตศาสตร์
3. ผลลัพธ์จะถูกโอนไปยังตัวสะสม

อินพุตหนึ่งไปยัง ALU จะเชื่อมต่อกับเอาต์พุตแอคคูมูเลเตอร์เสมอ และอินพุตตัวที่สองสามารถรับข้อมูลจากการลงทะเบียนผลิตภัณฑ์ตัวคูณ (PR) หรือโหลดจากหน่วยความจำผ่านทางรีจิสเตอร์กะการปรับสเกล

การทำงานของสายพานลำเลียง

ไปป์ไลน์คำสั่งประกอบด้วยลำดับการดำเนินการเข้าถึงบัสภายนอกที่เกิดขึ้นระหว่างการดำเนินการคำสั่ง โดยทั่วไปแล้วไปป์ไลน์ prefetch-decode-execute จะไม่ปรากฏให้ผู้ใช้เห็น ยกเว้นในบางกรณีที่ไปป์ไลน์ต้องถูกขัดจังหวะ (เช่น ระหว่างสาขา) ขณะที่ไปป์ไลน์กำลังทำงาน การดึงข้อมูลล่วงหน้า การถอดรหัส และการดำเนินการคำสั่งจะเป็นอิสระจากกัน สิ่งนี้ทำให้ทีมสามารถทับซ้อนกันได้ ดังนั้นในระหว่างรอบหนึ่ง คำสั่งสองหรือสามคำสั่งสามารถทำงานได้ แต่ละคำสั่งในขั้นตอนการทำงานที่แตกต่างกัน ดังนั้นเราจึงได้รับสายพานลำเลียงสองระดับสำหรับ TMS32020 และสายพานลำเลียงสามระดับสำหรับ TMS320C25
จำนวนระดับไปป์ไลน์ไม่ได้ส่งผลต่อความเร็วของการดำเนินการคำสั่งเสมอไป คำสั่งส่วนใหญ่ดำเนินการในจำนวนรอบเท่ากัน โดยไม่คำนึงว่าคำสั่งจะถูกดึงมาจากหน่วยความจำภายนอก, RAM ภายใน หรือ ROM ภายใน
ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมที่มีอยู่บนโปรเซสเซอร์ TMS320C25 ช่วยให้สามารถขยายจำนวนระดับไปป์ไลน์เป็นสามระดับ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ได้แก่ Precapture Counter (PFC), Microcall Stack (MCS) 16 บิต), Instruction Register (IR) และ Instruction Queue Register (QIR)
ด้วยไปป์ไลน์สามระดับ PFC จะมีที่อยู่ของคำสั่งถัดไปที่จะบันทึกล่วงหน้า เมื่อการจับภาพล่วงหน้าเสร็จสิ้น คำสั่งจะถูกโหลดเข้าสู่ IR หาก IR เก็บคำสั่งที่ยังไม่ได้ดำเนินการ คำสั่งที่บันทึกไว้ล่วงหน้าจะถูกใส่ไว้ใน QIR หลังจากนี้ PFC จะเพิ่มขึ้น 1 ทันทีที่ดำเนินการคำสั่งปัจจุบัน คำสั่งจาก QIR จะถูกโอเวอร์โหลดไปยัง IR เพื่อดำเนินการต่อไป
ตัวนับโปรแกรม (PC) มีที่อยู่ของคำสั่งที่จะดำเนินการถัดไป และไม่ได้ใช้สำหรับการดำเนินการจับภาพ
แต่โดยปกติแล้ว PC จะใช้เป็นตัวชี้ไปยังตำแหน่งปัจจุบันในโปรแกรม เนื้อหาของพีซีจะเพิ่มขึ้นหลังจากดำเนินการแต่ละคำสั่ง เมื่อเกิดการขัดจังหวะหรือการเรียกรูทีนย่อย เนื้อหาของพีซีจะถูกผลักลงบนสแต็ก เพื่อให้สามารถกลับไปยังตำแหน่งที่ต้องการในโปรแกรมได้ในภายหลัง
รอบการดำเนินการก่อนจับภาพ ถอดรหัส และไปป์ไลน์เป็นอิสระจากกัน ซึ่งช่วยให้คำสั่งปฏิบัติการซ้อนทับกันตามเวลาได้ ในระหว่างรอบใดๆ ก็ตาม สามคำสั่งสามารถทำงานพร้อมกันได้ โดยแต่ละคำสั่งมีขั้นตอนความสำเร็จที่แตกต่างกัน

โปรเซสเซอร์ DSP.doc

โปรเซสเซอร์ DSP

การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) - การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) - ใช้ในหลายแอปพลิเคชัน

ขั้นแรกจำเป็นต้องชี้แจงความหมายของคำที่ประกอบเป็นแนวคิดนี้:

• 
  การประมวลผลดิจิทัลโดยใช้สัญญาณแยกเพื่อแสดงข้อมูลในรูปแบบดิจิทัล
• 
  สัญญาณเป็นพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงโดยข้อมูลจะถูกส่งไปตามวงจรไฟฟ้า
• 
  การประมวลผล - ดำเนินการกับข้อมูลตามคำสั่งของโปรแกรม
• 
  การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล การเปลี่ยนแปลงหรือการวิเคราะห์ข้อมูลที่วัดโดยลำดับตัวเลขที่ไม่ต่อเนื่อง

มีคุณลักษณะเฉพาะสองประการของการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลที่ควรทราบ:

• 
  สัญญาณมาจากโลกแห่งความเป็นจริง - การเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดกับโลกแห่งความจริงนี้นำไปสู่ข้อกำหนดพิเศษมากมาย เช่น ความจำเป็นในการตอบสนองต่อสัญญาณที่เข้ามาแบบเรียลไทม์ การวัดและแปลงสัญญาณเหล่านั้นให้อยู่ในรูปแบบดิจิทัล
• 
  สัญญาณไม่ต่อเนื่อง - ซึ่งหมายถึงการสูญเสียข้อมูลระหว่างตัวอย่างที่ไม่ต่อเนื่อง

ประโยชน์ของ DSP นั้นเหมือนกันกับระบบดิจิทัลหลายระบบ และรวมถึง:

ความเก่งกาจ:

• 
  ระบบดิจิทัลสามารถตั้งโปรแกรมใหม่สำหรับแอปพลิเคชันอื่นได้ (อย่างน้อยก็เมื่อใช้ชิป DSP ที่ตั้งโปรแกรมได้)
• 
  ระบบดิจิตอลสามารถถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์ต่างๆได้

ความสามารถในการทำซ้ำ:

• 
  ระบบดิจิทัลสามารถเพิ่มเป็นสองเท่าได้อย่างง่ายดาย
• 
  ระบบดิจิทัลไม่ได้อาศัยความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบที่แม่นยำ
• 
  ลักษณะของระบบดิจิทัลไม่แปรผันตามอุณหภูมิ

ความเรียบง่าย:

• 
  บางสิ่งสามารถทำได้ง่ายกว่าในระบบดิจิทัลมากกว่าในระบบอะนาล็อก

DSP พบการใช้งานจริงในการใช้งานจริงมากมาย

ในทุกแอปพลิเคชัน โปรเซสเซอร์ DSP มีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติทั่วไป:

• 
  พวกเขาใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์เป็นจำนวนมาก
• 
  พวกเขาจัดการกับสัญญาณจากโลกแห่งความเป็นจริง
• 
  การวิจัยสัญญาณมีระยะเวลาจำกัด

สถาปัตยกรรมหน่วยความจำ

การดำเนินการ DSP โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีการบวกและการคูณแบบง่ายๆ มากมาย

การบวกและการคูณต้องการ:

• 
  ดึงตัวถูกดำเนินการสองตัว
• 
  ทำการบวกหรือคูณ (โดยปกติจะเป็นทั้งสองอย่าง)
• 
  บันทึกผลลัพธ์หรือกดค้างไว้จนกว่าจะทำซ้ำ

หากต้องการดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวในรอบคำสั่งเดียว จะต้องเข้าถึงหน่วยความจำสองตัวพร้อมกัน แต่ในความเป็นจริง นอกเหนือจากการดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวแล้ว คุณยังต้องบันทึกผลลัพธ์และอ่านคำสั่งด้วย ดังนั้นจำนวนการเข้าถึงหน่วยความจำต่อรอบคำสั่งจะมากกว่าสอง เพื่อจุดประสงค์นี้ โปรเซสเซอร์ DSP รองรับการเข้าถึงหน่วยความจำหลายรายการภายในรอบคำสั่งเดียวกัน แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าถึงที่อยู่สองแห่งในหน่วยความจำพร้อมกันโดยใช้บัสหน่วยความจำอันเดียว มีสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ DSP สองประเภทที่อนุญาตให้มีการใช้งานกลไกการเข้าถึงหน่วยความจำหลายตัว:

• 
  สถาปัตยกรรมของฮาร์วาร์ด
• 
  สถาปัตยกรรมของฟอนนอยมันน์ที่ได้รับการดัดแปลง

สถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ดที่แท้จริงกำหนดให้บัสหนึ่งตัวสำหรับการดึงคำสั่ง (บัสที่อยู่) และอีกตัวหนึ่งสำหรับการดึงตัวถูกดำเนินการ (บัสข้อมูล) แต่นี่ไม่เพียงพอสำหรับการดำเนินการ DSP เนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วการดำเนินการเหล่านี้ทั้งหมดใช้ตัวถูกดำเนินการสองตัว ดังนั้น สถาปัตยกรรมของฮาร์วาร์ดที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล จึงใช้แอดเดรสบัสสำหรับการเข้าถึงข้อมูล สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าบ่อยครั้งจำเป็นต้องดึงส่วนประกอบสามส่วน - คำสั่งที่มีตัวถูกดำเนินการสองตัว ซึ่งสถาปัตยกรรมของ Harvard เองไม่สามารถทำได้ ในกรณีนี้ สถาปัตยกรรมนี้มีหน่วยความจำแคชรวมอยู่ด้วย สามารถใช้เพื่อจัดเก็บคำแนะนำเหล่านั้นที่จะใช้อีกครั้ง เมื่อใช้หน่วยความจำแคช แอดเดรสบัสและบัสข้อมูลจะยังคงว่าง ทำให้สามารถดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวได้ ส่วนขยายนี้ - สถาปัตยกรรม Harvard บวกแคช - เรียกว่าสถาปัตยกรรม Harvard แบบขยายหรือ SHARC (Super Harvard ARChitecture)

สถาปัตยกรรมของฮาร์วาร์ดต้องใช้เมมโมรีบัสสองตัว ทำให้ต้นทุนการผลิตชิปเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น โปรเซสเซอร์ DSP ที่ทำงานด้วยคำ 32 บิตและในพื้นที่ที่อยู่ 32 บิตต้องมีพินอย่างน้อย 64 พินสำหรับบัสหน่วยความจำแต่ละบัส รวมเป็น 128 พิน สิ่งนี้นำไปสู่ขนาดชิปที่ใหญ่ขึ้นและความยากลำบากในการออกแบบวงจร

แม้แต่การดำเนินการ DSP ที่ง่ายที่สุด ซึ่งเกี่ยวข้องกับตัวถูกดำเนินการสองตัวและจัดเก็บผลลัพธ์ไว้ในหน่วยความจำ ก็ยังต้องการการเข้าถึงหน่วยความจำสี่ตัว (สามตัวเพื่อดึงตัวถูกดำเนินการสองตัวและคำสั่ง และอีกหนึ่งตัวเพื่อจัดเก็บผลลัพธ์ในหน่วยความจำ) นี่เกินขีดความสามารถของสถาปัตยกรรมของฮาร์วาร์ด โปรเซสเซอร์บางตัวใช้สถาปัตยกรรมประเภทอื่นเพื่อเอาชนะอุปสรรคนี้ นี่คือสถาปัตยกรรมของฟอนนอยมันน์ที่ได้รับการดัดแปลง

สถาปัตยกรรม von Neumann ใช้บัสหน่วยความจำเพียงตัวเดียว:

สถาปัตยกรรมนี้มีคุณสมบัติเชิงบวกหลายประการ ราคาถูกกว่าและต้องใช้พินบัสน้อยลง สถาปัตยกรรม von Neumann ใช้งานง่ายกว่าเนื่องจากโปรแกรมเมอร์สามารถวางทั้งคำสั่งและข้อมูลไว้ที่ใดก็ได้ในหน่วยความจำว่าง
^

เอฟเฟกต์การซ้อนทับ

สัญญาณจะถูกสุ่มตัวอย่างในช่วงเวลาหนึ่ง และไม่ทราบว่าเกิดอะไรขึ้นระหว่างตัวอย่าง สมมติว่า ณ จุดหนึ่งสัญญาณแอนะล็อกมีการกระโดดหรือแรงกระตุ้นบางอย่าง และปล่อยให้การกระโดดนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาระหว่างสองตัวอย่างที่แยกจากกัน เนื่องจากสิ่งนี้ไม่ได้วัดพัลส์ หลังจากสุ่มตัวอย่างสัญญาณอะนาล็อกทั้งหมดแล้ว เราจึงไม่สามารถระบุได้ว่ามีพัลส์จริงหรือไม่
ในกรณีที่ไม่ชัดเจน สัญญาณอาจแสดงโดยส่วนประกอบที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แต่ขอย้ำอีกครั้งว่า เป็นไปไม่ได้ที่เราจะติดตามการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วเหล่านี้ ดังนั้น การสุ่มตัวอย่างจะต้องดำเนินการด้วยความเร็วที่รวดเร็วพอที่จะจับการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณที่เร็วที่สุด บางครั้งเราอาจมีความรู้มาก่อนเกี่ยวกับสัญญาณหรือตั้งสมมติฐานบางประการเกี่ยวกับพฤติกรรมของสัญญาณระหว่างตัวอย่าง

หากการสุ่มตัวอย่างไม่ได้ดำเนินการด้วยความเร็วที่เพียงพอ จะเป็นไปไม่ได้ที่จะติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เร็วที่สุดของสัญญาณ

ในแผนภาพที่แสดง สัญญาณความถี่สูงจะถูกสุ่มตัวอย่างน้อยกว่าสองครั้งต่อช่วงระยะเวลาหนึ่ง ผลลัพธ์ที่ได้คือการแสดงสัญญาณที่ไม่ถูกต้องในรูปแบบที่ไม่ต่อเนื่อง เนื่องจากหากตอนนี้เราปรับตัวอย่างผลลัพธ์ให้เรียบด้วยเส้นโค้งบางส่วน เราจะได้การแสดงสัญญาณความถี่ต่ำ ปรากฏการณ์นี้ ซึ่งสัญญาณที่มีความถี่เดียวหลังจากการสุ่มตัวอย่างปรากฏเป็นสัญญาณที่มีความถี่ต่างกัน เรียกว่าเอฟเฟกต์นามแฝง

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าปัญหาเกี่ยวกับนามแฝงความถี่คือ ไม่สามารถบอกได้ว่าคุณกำลังติดต่อกับสัญญาณความถี่ใด แต่บางครั้งเราอาจมีความรู้มาก่อนเกี่ยวกับสัญญาณหรือตั้งสมมติฐานบางประการเกี่ยวกับพฤติกรรมของสัญญาณระหว่างตัวอย่าง

Nyquist แสดงให้เห็นว่าเพื่อแสดงให้เห็นองค์ประกอบความถี่ทั้งหมดอย่างชัดเจน จำเป็นต้องสุ่มตัวอย่างในอัตราที่มากกว่าสองเท่าของความถี่สูงสุดในสัญญาณ
ในแผนภาพ สัญญาณความถี่สูงจะถูกสุ่มตัวอย่างสองครั้งในช่วงเวลาหนึ่ง หากตอนนี้เราวาดเส้นโค้งเรียบเพื่อเชื่อมต่อตัวอย่าง ผลลัพธ์จะเป็นสัญญาณที่คล้ายกับอินพุตแบบอะนาล็อก แต่หากทำการสุ่มตัวอย่างแบบแยกที่จุดที่สัญญาณมีแอมพลิจูดเป็นศูนย์ ก็จะไม่มีสัญญาณเลย นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงจำเป็นต้องสุ่มตัวอย่างที่ความถี่ที่สูงเป็นอย่างน้อยสองเท่าของความถี่สัญญาณสูงสุด เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากการทับซ้อนกัน

ความถี่สัญญาณสูงสุดที่ให้คุณตั้งค่าอัตราการสุ่มตัวอย่างได้เรียกว่าความถี่ Nyquist
สิ่งที่ Nyquist พูดจริง ๆ ก็คือ การสุ่มตัวอย่างควรทำที่ความถี่ที่สูงกว่าความถี่ที่ประกอบเป็นแบนด์วิธของสัญญาณ ไม่ใช่ที่ความถี่สูงสุด

^ อินเทอร์เฟซไอ/โอ

ในทางปฏิบัติ DSP เกี่ยวข้องกับโลกแห่งความเป็นจริงเป็นหลัก แม้ว่าจะถูกลืมบ่อยครั้ง แต่คุณสมบัตินี้เป็นหนึ่งในความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างโปรเซสเซอร์ DSP และไมโครโปรเซสเซอร์ทั่วไป:
ในแอปพลิเคชัน DSP ทั่วไป โปรเซสเซอร์จะโต้ตอบกับแหล่งข้อมูลมากมายในโลกแห่งความเป็นจริง ไม่ว่าในกรณีใด โปรเซสเซอร์สามารถรับและส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์โดยไม่รบกวนการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ภายใน มีแหล่งข้อมูลสามแหล่งสำหรับโปรเซสเซอร์ DSP:

• 
  สัญญาณอินพุตและเอาต์พุต
• 
  การโต้ตอบกับตัวควบคุมระบบต่างๆ
• 
  การโต้ตอบกับโปรเซสเซอร์ DSP ที่คล้ายกัน

^

การแปลงสัญญาณอนาล็อก

แอปพลิเคชัน DSP ส่วนใหญ่จัดการกับสัญญาณแอนะล็อก ดังนั้นสัญญาณแอนะล็อกจะต้องถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัล
สัญญาณแอนะล็อกที่ต่อเนื่องและกำหนดด้วยความแม่นยำไม่สิ้นสุด จะถูกแปลงเป็นลำดับที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งมีส่วนประกอบเป็นค่าที่แสดงในรูปแบบดิจิทัล

เมื่อแปลงสัญญาณจากรูปแบบอะนาล็อกเป็นรูปแบบแยก ข้อมูลบางอย่างจะสูญหายเนื่องจาก:

• 
  ข้อผิดพลาดในการวัด
• 
  ความไม่ถูกต้องในการซิงโครไนซ์
• 
  ข้อ จำกัด เกี่ยวกับระยะเวลาในการวัด

ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่าข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง

ก่อนที่จะสุ่มตัวอย่าง จะต้องจัดเก็บสัญญาณอะนาล็อกต่อเนื่องไว้ก่อนหน้านี้ ในทางกลับกันเมื่อวัดสัญญาณก็จะเปลี่ยนไป

หลังจากบันทึกสัญญาณไว้ก่อนหน้านี้แล้วเท่านั้นจึงจะสามารถวัดและค่าที่วัดได้แปลงเป็นรูปแบบดิจิทัล

ตัวอย่างสัญญาณแยกซึ่งเป็นค่าที่วัดได้แบบดิจิทัลของสัญญาณอะนาล็อก มักจะถ่ายในช่วงเวลาปกติ

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าสัญญาณจะถูกสุ่มตัวอย่างเฉพาะเมื่อสัญญาณทั้งหมดถูกเก็บไว้ก่อนหน้านี้เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ ADC ที่ช้ากว่าได้ แต่วงจรที่รับผิดชอบในการจัดเก็บสัญญาณล่วงหน้าจะต้องทำงานเร็วเพียงพอเพื่อให้สัญญาณไม่มีเวลาเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเก็บสัญญาณแล้ว ALU ไม่จำเป็นต้องใช้ความเร็วสูงในการแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัล

เมื่อทำการวัดสัญญาณอะนาล็อก ไม่ทราบว่ากำลังวัดอะไรอยู่ ในระหว่างกระบวนการวัดสัญญาณ ข้อมูลบางอย่างจะสูญหายไป
บางครั้งคุณอาจมีข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับสัญญาณหรือตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับลักษณะการทำงานที่เป็นไปได้ ซึ่งจะกู้คืนข้อมูลที่สูญหายไปบางส่วนระหว่างการสุ่มตัวอย่าง

^ ข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง

เมื่อแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นรูปแบบดิจิทัล ความแม่นยำของสัญญาณจะถูกจำกัดด้วยจำนวนบิตที่ใช้แทนข้อมูลได้
แผนภาพแสดงสัญญาณแอนะล็อกที่ถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัลด้วยความแม่นยำในการสุ่มตัวอย่าง 8 บิต
สัญญาณแอนะล็อกที่เปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่นในการนำเสนอแบบไม่ต่อเนื่องจะมีรูปทรงขั้นบันไดเนื่องจากมีข้อจำกัดด้านความแม่นยำในการนำเสนอ

ข้อผิดพลาดที่เกิดจากการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลจะไม่เป็นเชิงเส้นและขึ้นอยู่กับสัญญาณ
ความไม่เชิงเส้นของข้อผิดพลาดหมายความว่าไม่สามารถคำนวณโดยใช้คณิตศาสตร์ทั่วไปได้
การพึ่งพาสัญญาณหมายความว่าข้อผิดพลาดมีความสอดคล้องกันและไม่สามารถลดลงได้โดยใช้เทคนิคทั่วไป

ปัญหาข้อผิดพลาดเป็นเรื่องปกติในการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล ข้อผิดพลาดเหล่านี้เกิดขึ้นจากความแม่นยำที่จำกัด (เช่น ความยาวของคำ) ไม่เป็นเชิงเส้น (จึงไม่สามารถคำนวณได้) และขึ้นอยู่กับสัญญาณ (จึงสอดคล้องกัน) การเกิดข้อผิดพลาดทำให้ไม่สามารถคำนวณอัลกอริธึม DSP ได้อย่างแม่นยำโดยมีข้อจำกัดด้านความถูกต้องของการนำเสนอข้อมูล ดังนั้นวิธีเดียวที่จะออกจากสถานการณ์นี้คือการทดสอบการทำงานของอัลกอริทึมด้วยสัญญาณอินพุตที่แตกต่างกัน ข้อผิดพลาดที่ไม่เป็นเชิงเส้นยังนำไปสู่ความไม่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ตัวกรอง IIR

ความยาวของคำของเครื่องที่ใช้ในการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลจะกำหนดความแม่นยำและช่วงไดนามิก ความไม่แม่นยำในการซิงโครไนซ์ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในสัญญาณแยกที่เลือก

ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากการซิงโครไนซ์ก็ไม่เป็นเชิงเส้นและขึ้นอยู่กับสัญญาณ

ระบบ Real DSP อาจมีสาเหตุจากข้อผิดพลาด 3 ประการ:

• 
  ข้อจำกัดเมื่อแปลงสัญญาณความแม่นยำแบบดิจิทัลด้วยความยาวจำกัดของคำของเครื่อง
• 
  ความแม่นยำจำกัดของการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ดำเนินการโดยโปรเซสเซอร์
• 
  ข้อจำกัดของความแม่นยำของสัญญาณตามความยาวของคำของเครื่องเมื่อแปลงจากรูปแบบแยกกลับเป็นอนาล็อก

โดยรวมแล้ว ข้อผิดพลาดเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นแนวคิดของข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง ข้อผิดพลาดไม่เป็นเชิงเส้นและขึ้นอยู่กับสัญญาณ ความไม่เชิงเส้นของข้อผิดพลาดหมายความว่าไม่สามารถคำนวณโดยใช้คณิตศาสตร์ทั่วไปได้ การพึ่งพาสัญญาณเป็นตัวกำหนดความจำเป็นในการคำนวณผลกระทบของข้อผิดพลาดที่มีอยู่ในแต่ละสัญญาณ วิธีแก้ไขง่ายๆ ในการลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากความยาวคำของเครื่องที่จำกัดคือการสร้างแบบจำลองสำหรับแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดแต่ละแห่งซึ่งแสดงถึงความบิดเบี้ยวของการสุ่มตัวอย่างเป็นสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม

แบบจำลองการสุ่มตัวอย่างที่มีอิทธิพลของสัญญาณรบกวนแบบสุ่มมีความชัดเจนในการทำความเข้าใจแก่นแท้ของเอฟเฟกต์ แต่ในความเป็นจริงโมเดลนี้ไม่ถูกต้องอย่างแน่นอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบป้อนกลับ เช่น ตัวกรอง IIR
ผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับลักษณะที่ปรากฏของข้อผิดพลาดนั้นคล้ายคลึงกับการมีอยู่ของสัญญาณรบกวนแบบสุ่มในระบบ