Дискретные системы и цифровая обработка сигналов. Дахнович А.А. - 61 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

6.2. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ ФУНКЦИЙ. ДУБЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗ-
ЛОВ И ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В ЦСП некоторые операции, выполняемые в обычных микропроцессорах программным образом, реализуются аппарат-
ным путем, для чего в чип ЦСП вводятся специализированные функциональные модули, которые работают одновременно с
основным арифметическо-логическим устройством (АЛУ), повышая тем самым производительность системы. Среди таких
модулей пожалуй наиважнейшим является аппаратный умножитель-накопитель, выполняющий за один такт (обычно 25 нс)
операцию MAC. Типичная конфигурация умножителя-накопителя приведена на рис. 6.4.
Кроме умножителя-накопителя ЦСП имеют в своем составе аппаратные устройства сдвига. В принципе, сдвиг операн-
дов в ту или иную сторону на заданное число двоичных разрядов можно осуществлять в АЛУ, однако при этом для выпол-
нения операции сдвига требуется отдельная команда. Аппаратные сдвигатели позволяют производить сдвиг при передаче и
загрузке операндов без использования специальных команд.
В ЦОС особое место занимают циклические процессы, т.е. повторение отдельных блоков команд программы. Программная
организация циклов связана с большими служебными издержками на проверки условий окончания цикла. Поэтому в ЦСП
используются аппаратные устройства организации циклов, свободные от таких издержек. С этой
же целью в состав ЦСП
вводят специальные модули для аппаратной генерации адресов данных в памяти данных при различных методах адресации,
связанных с выполнением определенных вычислений для получения адресов операндов для следующей команды.
Из всего сказанного выше уже становится ясно, что для повышения производительности ЦСП широко используется
идея параллельной работы нескольких функциональных блоков. Этот принцип получил дальнейшее развитие в аппаратном
дублировании операционных блоков процессора. В технике ЦОС нормой становится наличие в составе ЦСП одного устрой-
ства управления программой и нескольких арифметических устройств, каждое из которых содержит АЛУ, умножитель-
накопитель и устройство сдвига. Примером может служить процессор ADSP-2116 фирмы Analog Devices, который содержит
два полностью идентичных вычислительных модуля ВМ X и ВМ Y. Процессор может работать в двух режимах: SISD (Single
Instruction Single Date) и SIMD (Single Instruction Multiple Date). В режиме SISD используется только модуль ВМ X, в режиме
SIMD – оба модуля, которые выполняют одну и туже операцию, но над разными данными.
В последнее время в технике ЦОС используется концепция полнофункциональной параллельной обработки, когда над
одной задачей работают несколько процессоров под общим управлением. Соответственно, фирмы-изготовители выпускают
ЦСП, адаптированные для работы в мультипроцессорных системах. Типичным представителем таких ЦСП является процес-
сор TMS320C40 с ПТ, который имеет производительность 60 MFLOPS и максимальную пропускную способность подсисте-
мы ввода/вывода 384Мбайт/с. Этот процессор содержит на кристалле шесть высокоскоростных (20 Мбайт/с) коммуникаци-
онных портов и шесть каналов прямого доступа к памяти, 2K слов внутренней памяти, 128 слов программного кэша и началь-
ный загрузчик. Две внешние шины обеспечивают 4Г слов адресного внешнего пространства.
Говоря об аппаратных методах повышения производительности ЦСП, нельзя не упомянуть использование регистро-
вых файлов. Регистровые файлы – это наборы регистров, предназначенные для выполнения различных специализированных
функций. При этом некоторые из этих регистров могут также использоваться и как регистры общего назначения, например,
для временного хранения данных. Количество наборов и количество регистров в наборе имеет тенденцию увеличиваться в
ЦСП от поколения к поколению. Среди основных функций регистровых файлов следует отметить следующие:
• хранение и модификация адресов операндов при косвенной адресации;
• задание и сохранение конфигурации системы. В эти регистры программным путем на этапе инициализации системы
закладывают управляющие слова, определяющие конфигурацию системы и режимы ее работы;
• использование регистров в качестве источников или приемников операндов и результатов.
Данные X Данные Y
Регистр X Регистр Y
Регистр произведения P
∑
16 16
32
Регистр R (накопитель)
32
Рис. 6.4

Страницы