ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ
РАБОТА С ДАННЫМИ ∙ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Работа с текстом ∙ Цифровая обработка сигналов
Управление базами данных ∙ Управление двигателями
Электронные таблицы ∙ Техническое моделирование
Операционные системы ∙ Обработка сигналов в реальном времени
Пересылка данных (А->В) ∙ Сложение (С = А + В)
Сравнение величин (Если А=В, то…) ∙ Умножение (С = А х В)
Время исполнения не критично, заранее не нормируется ∙ Время исполнения критично, нормируется заранее
Рис. 7.1
С другой стороны, для цифровой обработки сигналов важно, чтобы математические операции выполнялись быстро, и время, требуемое на выполнение команд, должно быть известно точно и заранее. Для этого и программа, и аппаратура должны быть очень эффективными. Как было показано в последних двух главах этой книги, наиболее важной математической операцией и ядром всех алгоритмов цифровой обработки сигналов является умножение с последующим суммированием (эта операция обозначена точкой на всех схемах алгоритмов в предыдущих главах). Быстрое выполнение операции умножения с последующим суммированием очень важно для реализации быстрого преобразования Фурье, цифровых фильтров реального времени, умножения матриц, манипуляции с графическими изображениями и т. д.
Проведенное предварительное обсуждение требований, предъявляемых к цифровым сигнальным процессорам, важно для понимания различий между микроконтроллерами, микропроцессорами и цифровыми сигнальными процессорами. Хотя микроконтроллеры при использовании в промышленных устройствах управления процессами могут выполнять такие функции как умножение, сложение, деление, они лучше подходят для приложений, где возможности процессора по реализации ввода-вывода и управления важнее, чем скорость. Микроконтроллеры, например семейства 8051, обычно содержат ЦПУ, ПЗУ, ОЗУ, последовательный и параллельный интерфейсы, счетчики и схемы прерываний. Микроконвертеры MicroConverter™ компании Analog Devices содержат не только ядро, построенное по архитектуре 8051, но также высококачественные ЦАП, АЦП и блок энергонезависимой памяти, реализованной по технологии FLASH.
МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ, МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
• Микроконтроллеры:
♦ ЦПУ, ОЗУ, ПЗУ, последовательный/параллельный интерфейс, таймер, схемы прерываний
♦ Хорошо подходят как для тостеров, так и для управления промышленными процессами
♦ Скорость не является главным требованием
♦ Компактная система команд
♦ Примеры: 8051, 68НС11, PIC
• Микропроцессоры:
♦ На одном кристалле находится только ЦПУ — требуются дополнительные внешние устройства
♦ Процессоры с упрощенной системой команд (RISC)
♦ Процессоры со сложной системой команд (CISC)
♦ Примеры: серия Pentium, PowerPC, MIPS
• Цифровые Сигнальные Процессоры (DSP):
♦ ОЗУ, ПЗУ, последовательный/параллельный интерфейсы, схема обработки прерываний
♦ ЦПУ оптимизировано для многократно повторяющихся математических операций в реальном масштабе времени
♦ Примеры: ADSP-21 хх, ADSP-21К
Рис. 7.2
Микропроцессоры, такие как Pentium компании Intel, обычно представляют собой ЦПУ, выполненное на одном кристалле, которому требуются дополнительные микросхемы для выполнения всех вычислительных функций. Система команд микропроцессора может быть как усложненной (типа CISC), так и редуцированной (типа RISC). В усложненную систему команд (архитектура CISC) входят команды для выполнения основных операций процессора, а также отдельные сильно специализированные команды (например, для вычисления полиномов высоких степеней). Но за выполнение сложных команд на процессоре, построенном по архитектуре CISC, приходится платить: многие команды реализованы в нем в микрокоде и требуют для своего выполнения нескольких машинных циклов и места на кристалле для хранения кода микропрограммы.