lektsia-23

СИГНАЛЬНІ, КОМУНІКАЦІЙНІ ТА МЕДІЙНІ МП

Класифікація мікропроцесорів
МП та МПК класифікують за такими ознаками: призначенням, кількістю ВІС, способом керування, типом архітектури, типом системи команд.
За призначенням МП поділяють на універсальні та спеціалізовані:
13 INCLUDEPICTURE \d "http://shaman-nismo.narod.ru/Sovun/Lekcii/1.files/image002.jpg" \* MERGEFORMATINET 1415
Рисунок 1 – Класифікація мікропроцесорів

1. Універсальні МП - це МП загального призначення, які розв'язують широкий клас задач обчислення, обробки та керування. Ці МП застосовуються в обчислювальних системах: персональних комп'ютерах, потужних серверах, робочих станціях та інших засобах обчислювальної техніки, а також при проведенні науково-технічних розрахунків з використанням операцій з плаваючою комою над 64-розрядними і більш довгими операндами.
На світовому ринку універсальних МП домінують МП компанії Intel - Pentium (P5, P6), та їх клони компанія AMD: K5, K6, компанія Cyrix: M1, M2 з системою команд х86 (CISC-процесори). Решта виробників універсальних МП випускають RISC-процесори, що складає біля 10% ринку. RISC- процесори: Архітектура Power PC - компанія Motorola: Power PC 603, 604, 620, Архітектура PA - компанія HP: PA-8000, Архітектура Alpha - компанія DEC: лінія Alpha (21064, 21164, 21164A), Архітектура SPARC - компанія SUN: лінія SPARC, Архітектура MIPS компанія Silicon Graphics: лінія MIPS R-x (R10000).
Дані МП працюють з тактовою частотою до декількох ГГц і містять на кристалі від десятків мільйонів до декількох мільярдів транзисторів. У відповідності з емпіричним правилом, яке сформулював Гордон Мур, один з засновників компанії Intel, степінь інтеграції мікросхем подвоюється кожні 1.5-2 роки. Це правило виконувалося протягом 40 років і можна прогнозувати, що воно буде виконуватися і в найближчому майбутньому.
Мікропроцесори архітектури CISC в основному застосовуються у персональних комп'ютерах, а архітектури RISC-в потужних серверах та робочих станціях.
Спеціалізовані МП призначені для розв'язання задач лише певного класу. До спеціалізованих МП належать: цифрові сигнальні процесори, медійні та мультимедійні МП, мікроконтролери, трансп'ютери.
 
Цифрові сигнальні процесори (ЦСП) або сигнальні процесори (в англ. DSP - Digital Signal Processors) - призначені для цифрової обробки сигналів у реальному масштабі часу. Перший цифровий сигнальний процесор TMS320C10 був випущений в 1982 році і з того часу сфера застосування ЦСП постійно розширювалася.
13 INCLUDEPICTURE \d "http://shaman-nismo.narod.ru/Sovun/Lekcii/1.files/image003.jpg" \* MERGEFORMATINET 1415
13 INCLUDEPICTURE \d "http://shaman-nismo.narod.ru/Sovun/Lekcii/1.files/image004.jpg" \* MERGEFORMATINET 1415
 Архітектура ЦСП визначається декількома базовими операціями, які використовуються в алгоритмах цифрової обробки сигналів (ЦОС) - перш за все цифрової фільтрації і спектральним аналізом.
Для ефективної реалізації цифрових алгоритмів необхідна апаратна підтримка базової операції ЦОС: множення з накопиченням (MAC - Multiply and Accumulate): C = A * B + C
13 INCLUDEPICTURE \d "http://shaman-nismo.narod.ru/Sovun/Lekcii/1.files/image007.gif" \* MERGEFORMATINET 1415
Рисунок 2 – Структура МП TMS320C54x

Для ЦСП характерними є:
1) наявність достатніх об'ємів внутрішньокристалічної пам'яті для даних і програм;
2) можливість захисту програм від несанкціонованого доступу;
3) підтримка режиму енергозбереження (в процесорах TMS320C54x реалізована ефективна трирівнева система управління енергоспоживанням – див. рис. 2).
Робота в реальному часі вимагає від технічних засобів ЦСП:
1) високої продуктивності (до 66 МПС);
2) забезпечення можливості інтенсивного обміну даними з зовнішніми пристроями (хост-інтерфейс дає змогу обмінюватися даними з іншим МП на швидкості до 160 Мбайт/с. Буферизований послідовний порт дає змогу здійснювати обмін з пристроями і пам'яттю без використання ресурсів процесора. Максимальна швидкість - до 40 Мбайт/с).
В ЦСП зараз це досягається завдяки розділу пам'яті та шин програм і даних (так звана гарвардська архітектура) (в TMS320C54x три внутрішні шини даних і одна програм) та апаратному помножувачеві даних, за допомогою якого перемноження двох чисел здійснюється протягом одного такту.
Крім цього в ЦСП використовуються методи скорочення тривалості командного циклу, характерні для універсальних RISC-процесорів:
1) конвеєризація виконання команд;
2) розташування операндів більшості команд в регістрах МП;
3) використання внутрішніх регістрів для зберігання результатів обчислень;
4) реалізація в системі команд таких операцій як множення з нагромадженням МАС (С =А*В+С);
5) реалізація можливості виймання з пам'яті одного або декількох операндів в циклі виконання команди.
ЦСП різних компаній-виробників утворюють два класи, що суттєво відрізняються ціною:
1) більш дешеві МП з обробкою даних в форматі з фіксованою комою;
2) дорожчі МП, що апаратно підтримують операції над даними в форматі з плаваючою комою.

Можливості ЦСП роблять їх привабливими для використання не тільки в ролі спеціалізованих обчислювачів, але й в ролі контролерів у промислових роботах, побутових приладах, системах керування зброєю, засобах бездротового зв'язку. Серед найпоширеніших сімейств сигнальних процесорів TM320Cxx - фірми Texas Instruments, 21xx, 210xx - Analog Devices, DSP560xx та DSP9600x - фірми Motorola.
 
Медійні та мультимедійні процесори призначені для обробки аудіосигналів, графічної інформації, відеозображень, а також для розв'язування ряду задач у мультимедіа комп'ютерах, іграшкових приставках, побутовій техніці за рахунок створення симетричної мультипроцесорної системи з більш простими процесорами, що опрацьовують цілочисельні операнди.
На сьогоднішній день можна виділити два класи МП, які забезпечують підтримку мультимедіа на апаратному рівні: це універсальні процесори з мультимедійним розширенням набору команд (MMX, 3DNow!, SSE) і мультимедійні мікропроцесори. Там, де мультимедійні операції домінують над традиційними числовими операціями ефективніше використовувати мультимедійні МП.
Мультимедійні процесори представляють собою поєднання архітектури традиційних сигнальних і універсальних МП. До медіапроцесорів на сьогоднішній день можна віднести:

· Mediaprocessor компанії MicroUnity;

· TriMedia компанії Philips;

· NVI компанії Nvidia;

· MediaGx компанії Cyrix.

Мультимедійний мікропроцесор компанії Philips TriMedia призначений для використання в якості сопроцесора цифрової обробки сигналів, що розвантажує основний процесор, так і у якості універсального процесора мультимедійних пристроїв: ігрових приставок, програвачів DVD, відео-CD і т.п.
Структура МП TriMedia зображена на рисунку 3. Її компонентами є високошвидкісна шина зі швидкістю передачі даних 400 Мбіт/с, яка зв'язує вузли МП: процесорне ядро, відеовхід, відеовихід, аудіовхід, MPEG-декодер, співпроцесор обробки зображень і комунікаційний блок.
13 INCLUDEPICTURE \d "http://shaman-nismo.narod.ru/Sovun/Lekcii/1.files/image010.jpg" \* MERGEFORMATINET 1415
Рисунок 3 – Структура МП TriMedia

Мікропроцесорне ядро TriMedia побудоване за принципами RISC-архітектури і здатне обробляти 5 команд за один такт.
В МП використовується роздільна кеш-пам'ять: 32 Кбайт для команд і 16 Кбайт для даних.
Ефективна для мультимедійних задач система команд процесора дає змогу здійснювати одночасне MPEG-декодування аудіо- та відеоданих при використанні всього лиш 22 % обчислювальних ресурсів процесора і 12% ресурсів пам'яті.
В зв'язку з більш простою схемотехнікою вартість медійних процесорів досить низька, а значення показника "продуктивність/вартість" на два-три порядки вища.
15

Приложенные файлы

  • doc 18814333
    Размер файла: 208 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий