Раздел 6 Введение в ЦОС

При рассмотрении - проблем цифровой обработки сигнала (ЦОС) необходимо прослушать лекцию, после чего можно приступить к изучению материала ЦОС.

При самостоятельной работе по изучению ЦОС необходимо прежде всего изучить основные определения и понятия мультнмикропроцессорных систем (ММС) ЦОС. Затем разобраться с принципами применения теории графов к построению ЦОС и с классификацией схем взаимодействия элементарных процессоров (ЭП) ММС ЦОС.

При изучении определения ЦОС важно понять, что цифровая обработка сигнала- система взаимосвязанных устройств, осуществляющих                                                                                                               прием аналогового сигнала,

преобразование его в цифровую форму, ввод в цифровой вычислитель и вывод преобразованного сигнала потребителю в цифровой или аналоговой форме. Следует обратить внимание, что системы ЦОС предназначены для параллельного выполнения нескольких вычислительных операций и проектируют в виде мультнмикропроцессорных систем (ММС).

Переходя к определению мультимикропроцессорных систем, важно понять, что мулыимикропродессорная система ЦОС - это встроенное во внешнюю систему специализированное программно- аппаратное средство, состоящее из большого числа элементарных процессоров и других устройств (АЦП, ЦАП, ЗУПВ и т.п.), связанных друг с другом локальными магистралями. Здесь следует обратить внимание, что основным при построении ММС ЦОС является принцип специализации ММС и адекватности ее структуры пространственно-временной структуре процесса вычислений, реализующего алгоритм ЦОС.

Затем изучаются вопросы использования теории графов для построения ЦОС как процесса и системы. Далее рассматривают классификацию схем взаимодействия ЭП в ММС: базовые схемы взаимодействия, комбинированные схемы обмена.

Раздел 8. Электрические сигналы и их преобразование в интерфейсах ввода-вывода МПУ

В данном разделе рассматриваются варианты внутриплатного и внутриблочного межпроцессорного интерфейса, обеспечивающего унификацию связей элементарных процессоров друг с другом и иными техническими средствами (АЦП, ЦАП, ЗУПВ и тл).

При самостоятельном изучении вопроса о преобразовании сигналов в интерфейсах ввода-вывода (ИВВ) мифопроцессорных устройствах (МПУ) прежде всего необходимо выучить определения: что такое ММС ЦОС магистрали линий и состав магистралей. Усвоив это, следует освоить классификацию линий магистрали по способу передачи сигналов, по режимам взаимодействия ведущего устройства с ведомым» режимов обмена для операций ввода и вывода» алгоритмы интерфейсов ввода-вывода МПУ.

При рассмотрении определения мулыимикропроцессорной системы следует четко усвоить, что ММС представляет собой совокупность ЭП построенных на основе сигнальных процессоров общего назначения типа TMS32010, и является вычислительной системой с многомашинной структурой, состоящей из большого числа ЭП и запоминающих устройств, связанных друг с другом локальными магистралями с унифицированным для всех устройств ММС ЦОС интерфейсов.

При изучении состава магистралей следует обратить внимание на то, что все операции обмела между устройствами организуются но принципу «ведущий-ведомый». При этом на магистрали должен быть только один ведущий ЭП, а всем ведомым ЭП или другим устройствам присваивают адреса, принадлежащие единому адресному пространству портов ввода или вывода ведущего ЭП.

Наконец, при изучении классификации линий магистрали следует более подробно изучить режимы взаимодействия ведущего ЭП с ведомым в ММС ЦОС, в частности, понять, что существуют следующие режимы взаимодействии: синхронный» асинхронный с квитированием ведомого» асинхронный с квитированием ведущего» асинхронный с квитированием ведущего и ведомого.

Кроме      того, при изучении классификации линий магистрали следует обратить внимание что для операций ввода определены следующие режимы обмена:      синхронный ввод, асинхронный       ввод с    квитированием     ведущего, а для операций вывода - следующие режимы обмена:                                              синхронный вывод, асинхронный   вывод    с квитированием ведущего, асинхронный вывод с квитированием ведомого, асинхронный вывод с квитированием ведущего и ведомого.

 

Раздел 9. Аппаратные средства

 

Во многих прикладных задачах процессы управления и процессы обработки разделяют во времени. Необходимость разделения во времени диктуется требованиями сохранения получаемых в процессе работы данных и обеспечения устойчивости работы системы.

ММС ЦОС проектируется в виде совокупности взаимосвязанных модулей: модуля элементарного процессора, модуля управляющего процессора, процессора, модулей ЗУ. Это позволяет производить модификацию ЦОС и расширение ее возможностей.

При рассмотрений проблем аппаратного построения МПУ необходимо прослушать лекцию, после чего можно приступать к изучению основных элементов МПУ и их взаимодействия, состава и функционирования МПУ.

При самостоятельной работе по изучению аппаратных средств МПУ важно понять н усвоить необходимость разделения во времени процессов управления и процессов обработки. Усвоив это, следует освоить состав, принципы построения и функционирования МПУ.

Раздел 10, Разновидности и характеристики ЦПОС

 

По разновидностям и характеристикам ЦПОС существует большой перечень литературы, что не позволяет быстро освоить материал. Поэтому следует вначале внимательно прослушать лекцию преподавателя и выяснить у него неясные вопросы, а затем осваивать учебные пособия по данному разделу.

При самостоятельной работе по изучению разновидностей и характеристик ЦПОС необходимо прежде всего ознакомиться с классификацией процессоров, основными методами повышения производительности процессоров.

После этого следует освоить метода повышения производительности процессоров за счет элементов и организации памяти; структуру памяти современных процессоров. При этом нужно обратить особое внимание на кэш-память. После этого рассматриваются проблемы повышения производительности процессора с помощью распараллеливания и конвейеризации задачи. Здесь следует обратить внимание на процессоры с полным и с сокращенным набором команд, на их свойства и области применения.

В заключение рассматривают определение ЦПОС; их разновидности по типу архитектуры, программного обеспечения, форматам данных, области применения. Кроме того, изучают характеристики ЦПОС и различные семейства ЦПОС, выпускаемые ведущими фирмами.

При рассмотрении классификации СБИС по выполняемым функциям и сферам применения необходимо запомнить что они подразделяются на:

1) СБИС с аппаратной реализацией алгоритмов обработки данных: микропроцессоры универсальные, сигнальные, микроконтроллеры, мультипроцессорные системы;

2) микросхемы памяти: статические и динамические;

3) программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).

При рассмотрении универсальных микропроцессоров следует обратить внимание, что они применяются в персональных ЭВМ, рабочих станциях, в параллельных суперЭВМ. Основной их характеристикой является наличие развитых устройств для реализации операций с плавающей точкой над 64-разрядными и более длинными операндами. Они предназначаются для проведения научно-технических расчетов.

Переходя к изучению цифровых сигнальных процессоров, следует понять, что они рассчитаны на обработку в реальном времени цифровых, потоков, образованных путем оцифрования аналоговых сигналов. Поэтому они имеют сравнительно малую разрядность и преимущественно реализуют операции с фиксированной точкой. Здесь следует обратить внимание на то, что цифровые сигнальные процессоры используются для цифровой обработки сигналов:

- фильтрации сигналов;

- свертки двух сигналов (смешения сигналов);

- вычисления значений корреляционной функции' двух анналов;

- усиления, ограничения или трансформации сигнала;

- прямого /обратного Фурье - преобразования сигнала.

При рассмотрении микроконтроллеров (МК) важно понять, что они характеризуются наибольшей специализацией и разнообразием функций, используются во встроенных системах управления, в бытовых приборах и выпускаются 8-разрядными, реже -16- разрядными. Здесь следует обратить внимание, что микроконтроллеры представляют собой законченную систему обработки информации, реализованную в виде одной большой интегральной микросхемы. Следует четко понять, что характерной особенностью МК является использование в пределах одного полупроводникового кристалла модульного принципа построения. При модульном принципе построения МК содержит в себе базовый функциональной блок, одинаковый для всех МК семейства, и изменяемый функциональный          блок, отличающийся для МК разных моделей в пределах одного изучении МК необходимо усвоить, что микропроцессор МК состоит из следующих основных блоков управляющей системы; центрального процессора, постоянного запоминающего устройства, оперативного запоминающего устройства, периферийных устройств для ввода-вывода.

Важно понять, что повышение производительности микропроцессоров достигается за счет увеличения тактовой частоты, совершенствования параллельной и конвейерной обработки данных, уменьшения времени доступа к памяти, применения процессоров с сокращенным набором команд н с полным набором команд.

При рассмотрении методов уменьшения времени доступа к памяти в современных процессорах необходимо понять, что это достигается введением многоуровневой иерархии памяти. При этом следует обратить внимание, что типовая современная иерархия памяти имеет следующую структуру:

- регистры на 64 - 256 слов с временем доступа 1 такт процессора;

- кэш-память 1-го уровня на 8 Кслов с временем доступа 1 - 2 такта;

- кэш-память 2-го уровня на 256 Кслов с временем доступа 3-5 тактов;

- основная память до 4 Гигаслов и более с временем доступа 15 - 55 тактов.

29

Наконец, важно понять, что в универсальных ЭВМ применяются процессоры с полным набором команд, а в сигнальных процессорах и микроконтроллерах - процессоры с сокращенным набором команд. Здесь четко надо усвоить, что появление процессоров с сокращенным набором команд объясняется использованием ограниченного набора простых команд и невозможностью компилятором эффективно применять сложные команды, развитием архитектуры конвейерных процессоров.