Signal ų Apdorojimo Sistemos (SAS)

1. Sąsajos; Amintis Signalų apdorojimo procesorius (SAP) Išorinė atmintis Keitikliai: Analoginis – Skaitmeninis Keitiklis Skaitmeninis – Analoginis Keitiklis Keitikliai Signalų Apdorojimo Procesorius Sąsajos Lygiagrečios Nuoseklios Signalų Apdorojimo Sistemos (SAS)

2. Signalų Apdorojimo Procesorius Papildomas Aritmetinis Įrenginys (PaAĮ). SAP dažnai turi papildomą aritmetinį įrenginį, kuris, esant užimtam PAĮ, atlieka kitas matematines ir logines operacijas Signalų Apdorojimo Sistemos Signalų Apdorojimo Procesorius (angl.Digital Signal Processor), tai specializuotas lustas sudarytas iš daugelio elementų, kurių pagrindiniai yra: Pagrindinis Aritmetinis Įrenginys (PAĮ). Tai SAP dalis, atliekanti pagrindines aritmetines operacijas: sudėtį ir daugybą. Todėl SAP skaičiavimo greitis didesnis nei įprastinio procesoriaus. Nuoseklioji/Lygiagrečioji Sąsajos Tai ryšio kanalai kuriais informacija patenka į/iš SAS. Nuoseklioji sąsaja priima nuoseklų duomenų srautą ir keičia jį į SAP formatą. Kai SAS nori perduoti duomenis, tai nuoseklioji sąsaja priima SAP formato duomenis ir pakeičia į nuoseklų duomenų srautą. Naudojant šį įrenginį, maksimaliai supaprastinamas adresavimo uždavinys. Pavyzdžiui Nuoseklioji sąsaja naudojama modemui prie SAS jungti. Lygiagrečioji sąsaja atlieka tas pačias funkcijas tik naudoja lygiagretų duomenų formatą. Per šią sąsają dažnai jungiamas spausdintuvas

3. Signalų Apdorojimo Sistemos Keitikliai Keitikliai reikalingi “realaus pasaulio” analoginių signalų perkėlimui į SAS ir skaičiavimo rezultatų perkėlimui iš SAS į “realų pasaulį”. Analoginio signalo perkėlimui naudojami Analoginiai – Skaitmeniniai keitikliai (ASK). Rezultatų perkėlimui iš SAS naudojami Skaitmeniniai – Analoginiai keitikliai (SAK) Išorinė Atmintis Signalų apdorojimo sistema gali turėti išorinę atmintį. Nors SAP turi vidinę atmintį, praktikoje programos saugomos išorinėje atmintyje. Tik įjungus sistemą programa perkeliama į vidinę atmintį. Jei naudojama HARVARDO architektūra, tai naudojamos dvi išorinės atmintys: viena skirta duomenims, o kita programoms saugoti Nuoseklioji Sąsaja. SAP dalis, skirta duomenų mainams tarp atskirų SAP ar išorės įrenginių Naudojant šį įrenginį, maksimaliai supaprastinamas adresavimo uždavinys

4. Dažniausiai naudojami veiksmai Daugyba Sudėtis 0010 Du postūmiai į kairę A = B * C + D 2*4 = 8 1+2 = 3 ? E = F * G + A 0001 + 0010 0011 .... Sudėtis, daugyba ir kaupimas Komanda MAC (Multiply, ADD, ACCUMULATE) Signalų Apdorojimo Sistemos Sudėtis ir Daugyba

5. Signalų Apdorojimo Sistemos Sudėtis ir Daugyba Dažniausiai pasitaikančios operacijos sudėtis ir daugyba. Tai pačios paprasčiausios operacijos, kurių vykdymui bendros paskirties kompiuteriu sugaištamas vienas taktas. Bendros paskirties kompiuteriu atlikti daugybos operaciją reikia ilgesnio laiko tarpo, nes daugybos algoritmą sudaro nuoseklios postūmio ir sudėties operacijos. Pavyzdžiui, norint padauginti skaičių iš 4, dauginamasis stumiamas į kairę pusę per dvi skiltis. Norint padauginti skaičių iš 5, dauginamasis stumiamas į kairę pusę per dvi skiltis ir prie gauto rezultato pridedamas dauginamasis CISC (Complex Instruction Set Computer – Pilno Komandų Rinkinio Kompiuteris) architektūros Kompiuteryje daugyba užrašoma viena komanda. Tačiau aparatūra šią komandą keičia į seką mikrokomandų, kurių kiekvienai atlikti reikia vieno takto. RISC (Reduced Instruction Set Computer – Supaprastinto Komandų Rinkinio Kompiuteris) architektūros kompiuteryje daugyba užrašoma keletu komandų, kurioms atlikti reikalingas panašus kaip ir CISC taktų skaičius.

6. Signalų Apdorojimo Sistemos Daugybos operacijos požiūriu CISC ir RISC architektūros neefektyvios. Pavyzdžiui realių skaičių daugybai reikalingi keli šimtai taktų. Efektyviam skaičiavimų atlikimui reikalinga nauja kompiuterio architektūra. MAC (Multiply, ADD, ACCUMULATE Dagelis SAP turi specializuotas komandas, kurios vieno takto metu atlieka daugybą ir rezultato išsaugojimą Realaus laiko sistemose svarbu skaičiavimus atlikti iki pasirodys nauji duomenys. Pirmieji SAP neturėjo specializuotų daugybos įtaisų. Atsiradus konvejerinei architektūrai pavyko sumažinti daugybos operacijos trukmę. 1970m atsirado pirmieji SAP, daugybos operaciją atliekantys per vieną taktą. The Lincoln FDP (Fast Digital Processor) 1971m FDP daugybos operaciją atlieka per 600ns. Šis FDP buvo sudarytas iš 100 000 integrinių schemų. FDP buvo von Neuman architektūros, todėl susidurdavo su sunkumais atliekant lygiagrečius skaičiavimus The Lincoln LSP/2 (Lincoln Signal Processor) Įvertinus FDP patirtį sukurtas LSP/2, turintis architektūrą panašią į kompiuterio HARVARD 1 architektūrą kuris buvo pristatytas 1940m. SAP architektūra, savo prigimtimi yra lygiagrečių skaičiavimų architektūra, kurios dėka SAP 4 kartus greitesni neiFDP. Kadangi greitų daugybos įtaisų architektūra jau žinoma, tai liko laukti tik puslaidininkinių technologijų pasiekimų

7. A A Duomenų ATMINTIS Programos ATMINTIS Įvedimas / Išvedimas Aritmetinis / Loginis Įrenginys D D Kompiuterių Architektūros Harvardo architektūra HARVARDO architektūra, sukurta 1930m fiziko Howard Aiken . Pirmasis šios architektūros kompiuteris HARWARD MARK 1 pradėjo veikti 1944m Tai pirmoji architektūra, kuri programai ir duomenims numatė atskiras atminties sritis. Tai suteikė galimybę vienu metu iš atminties skaityti komandą ir duomenis. ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), tai pirmasis bendros paskirties kompiuteris skurtas 1943 – 1946m Pensilvanijos universitete. Ši architektūra turėjo dvi atskiras atmintis: 1) atmintis duomenims 2) atmintis programai

8. A Programos Ir Duomenų ATMINTIS D Aritmetinis / Loginis Įrenginys Įvedimas / Išvedimas Kompiuterių Architektūros Von Neuman architektūra A  Adresai D  Duomenys Johan von Neumann. Vengrų kilmės matematikas, ENIAC projekto konsultantas. Jo architektūros pagrindinė įdėja – nėra skirtumo tarp duomenų ir programos, todėl nereikalingos ir atskiros atmintys jiems saugoti. Šis principas gerokai palengvino kompiuterių projektavimą, tačiau ši architektūra nesuteikia galimybės vienu metu skaityti duomenų ir komandų. Toks ribojimas mažai įtakoja bendros paskirties kompiuterių efektyvumą von Neumann architektūra dažniausiai naudojama bendros paskirties kompiuteriams projektuoti. Harvardo architektūra dažniausiai naudojama realaus laiko ir įterptinėms sistemoms projektuoti

9. Vidinė komandų magistralė TMS320C5x Architektūra, tai modifikuota HARVARDO architektūra A15 – A0 Programų ATMINTIS D15 – D0 Pagrindinis Apdorojimo Įrenginys ryšys tarpduomenų ir programų atminties Duomenų ATMINTIS Vidinė duomenų magistralė Kompiuterių Architektūros Supaprastinta TMS320C5x Architektūra

10. Kompiuterių Architektūros TMS320C5x Architektūra SAPrealizuojama HRVARDO architektūra, kuri leidžia vienu metu skaityti duomenų ir programų atmintį. Tuo būdu gerokai padidėja SAP našumas. TMS320C5x Architektūra, tai modifikuota HARVARDO architektūra, kurioje numatytas ryšys tarp duomenų ir programų atminties. TMS320C5x Architektūra, tai modifikuota HARVARDO architektūra, kurioje numatytas ryšys tarp duomenų ir programų atminties. Iš išorės TMS320C5x Architektūra panaši į von Neumann architektūrą, tačiau vidinė architektūra – HARVARDO Modifikuotai HARVARDO architektūrai reikalinga mažiau išorinių išvadų, todėl toks SAP pigesnis. Kainos išlošimas daug didesnis nei prarandama našumo. Programų magistrale gali būti perduodamos komandoje įrašytos skaitinės reikšmės (betarpiški duomenys) MAC operacijai atlikti, duomenų mainai tarp vidinės ir išorinės atminties gali vykti kartu per abi – Programų ir Duomenų magistrales.

11. Kompiuterių Architektūros TMS320C5x Architektūra C5x architektūra suteikia maksimalaus skaičiavimų išlygiagretinimo galimybę. Pagrindinio Aritmetinio Įrenginio darbo metu, operacijos su duomenimis gali būti atliekamos Paipildomame Aritmetiniame Įrenginyje Toks išlygiagretinimo laipsnis suteikia galimybę vienu metu atlikti daugiau nei dvi operacijas. Vidinės C5x aparatūros dėka, operacijos, kurios bendros paskirties procesoriuje realizuojamos seka mikrokomandų, C5x atlieka per vieną taktą. Pavyzdžiui C5x vieno takto metu gali atlikti 16 bitų daugybą, postūmį ir rezultato adreso skaičiavimą.

12. Aukšto Lygio Kalba ADD A, B 111000010101100010 Testas Asembleris Programa Emuliatorius Tinka? SAP Ne Taip Design Rezultatas Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas

13. ADD A, B 111000010101100010 Aukšto Lygio Kalba Asembleris Testas Programa SAP Design Ne Tinka? Taip Rezultatas Emuliatorius Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas Programa Suprojektavus ir pagaminus analoginį filtrą jis iš karto veikia. Pagaminus skaitmeninio filtro aparatinę dalį jis neveikia. Skaitmeniniam filtrui reikalinga programa. Programa tai komandų seka skirta kokiai tai užduočiai atlikti. Komanda tai “1” ir “0” seka įrašyta SAS atmintyje. Žmogui sunku operuoti “1” ir “0” sekomis, todėl yra kuriamos priemonės lengvinančios programų rašyma. Asembleris Asembleris tai programavimo kalba turinti žmogui suprantamas komandas. Pavyzdžiui sudėties komanda ADD A, B. keičiama į “11000110110100100101” Kompiliatorius Kompiliatorius asemblerio komandas keičia į SAP suprantamą “1” ir “0” seką. Pavyzdžiui sudėties komanda ADD A, B. keičiama į “11000110110100100101”

14. ADD A, B 111000010101100010 Aukšto Lygio Kalba Asembleris Testas Programa SAP Design Ne Tinka? Taip Rezultatas Emuliatorius Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas Aukšto Lygio Kalba Skirtingi SAP turi skirtingus asemblerius. Pavyzdžiui vieno SAP asemblerio kalboje sudėtis užrašoma: ADD A, B kito SAP asemblerio kalboje sudėtis užrašoma: LOAD A, B Tokia situacija apsunkina projektavimo procesą. Jam palengvinti kuriamos aukšto lygio kalbos. Aukšto lygio kalbos komandos nepriklauso nuo SAP kuriame programa vykdoma. Programa parašyta aukšto lygio kalboje, kompiliatoriaus pagalba keičiama į SAP suprantamą “1” ir “0” seką. Aukšto lygio kalbos be paprastų komandų turi ir sudėtingesnes komandas – “spausdinti”, “skaityti”

15. ADD A, B 111000010101100010 Aukšto Lygio Kalba Asembleris SAP Emuliatorius Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas Simuliatorius Simuliatorius, tai SAP programinis modelis. Simuliatoriaus programa atlieka visas realaus SAP funkcijas bendros paskirties kompiuteryje. Emuliatorius Emuliatorius, tai tai speciali sistema, turinti realų SAP ir papildomas aparatūrines bei programines priemones, kurios suteikia galimybę pažingsniui vykdyti programą konkrečiame SAP , ir kompiuterio ekrane matyti SAP elementų būseną

16. Testas Programa Tinka? Ne Taip Design Rezultatas Signalų Apdorojimo Sistemos Projektavimas Projektavimo procesas 1) ar sistema realizuojama 2) sistemos analizė 3) programos sudarymas ir derinimas 4) sistemos testavimas