Какие шины включены в понятие трехшинная архитектура

Ее особенность состоит прежде всего в том, что в отличии от привычных нам двух шин: шины адреса и шины данных, а также одного банка памяти, DSP имеет как минимум 6-7 различных шин и 2-3 банка памяти. Эта особенность име­ет своей целью максимально ускорить выполнение операции умножения с сохранением результата, которая, несомненно, является наиболее употребляемой и ресурсоемкой при цифровой обработке сигналов. Ар­хитектура DSP позволяет за один машинный цикл произвести:

1. выборку команды посредством шины адреса программ и шины данных программ;

2. выборку двух операндов для операции умножения посредством двух шин адреса данных;

3. занесение операндов в аккумуляторы посредством двух шин данных;

5. сохранить результат в аккумуляторе.

Таким образом, трехшинная Гарвардская архитектура позволяет выполнить практически любую операцию за один машинный цикл.

B качестве примера эффективности использования DSP при реали­зации алгоритмов цифровой обработки сигналов можно привести следу­ющий факт: время выполнения комплексного 1024-точечного преобразо­вания Фурье составляет 20 мс для 486DX2 66 МГц (32-разрядный) и 3.23 mc для 24-разрядного 33 МГц DSP56001 фирмы Motorola или 3.1 мс для 32- разрядного 33 МГц DSP TMS320C30 с плавающей арифметикой фирмы Texas Instruments.

Однако, как уже упоминалось, процессоры цифровой обработки сигнала имеют отличием не только высокую производительность, изме­ряемую в быстроте выполнения операций умножения/аккумуляции (MIPS — миллионы команд в секунду), но и такие характеристики, как после­довательность выполнения программ, арифметических операций и адре­сации памяти, позволяющие сократить до минимума непроизводительные затраты времени. В целом DSP отличается от других типов микропро­цессоров и микроконтроллеров по следующим пяти основным признакам:

DSP — процессор должен осуществлять выполнение за один цикл операций умножения, умножения с аккумуляцией, цикли­ческий сдвиг, а также стандартные арифметические и логи­ческие операции.

2. Расширенный динамический объем для операции умножения/ак­кумуляции.

Операция вычисления суммы некой последовательности значе­ний является фундаментальной для алгоритмов, реализуемых на DSP. Защита от переполнения необходима для избежания потери данных.

3. Выборка двух операндов за один цикл.

Очевидно, что для большинства операций, выполняемых DSP, необходимы два операнда. Таким образом, для достижения максимального быстродействия процессор должен быть спосо­бен производить одновременную выборку двух операндов, что требует также наличия гибкой системы адресации.

Видео:Виды топологий локальных сетей | Звезда, кольцо, шинаСкачать

4. Наличие аппаратно реализованных циклических буферов(встро­енных и внешних).

Широкий класс алгоритмов, реализуемых на DSP требует ис­пользования циклических буферов. Аппаратная поддержка цик­лического возврата указателя адреса или модульная адреса­ция уменьшает непроизводительные затраты процессорного времени и упрощает реализацию алгоритмов.

5. Организация циклов и ветвлений без потери в производитель­ности.

Алгоритмы DSP включают очень много повторяющихся операций, которые могут быть реализованы в виде циклов. Возможность организации последовательности выполнения программы кодов в цикле без потери производительности отличают DSP от дру­гих процессоров. Аналогично, потеря времени при выполнении операции ветвления по условию также недопустима при цифро­вой обработке сигналов.

Не следует, однако, думать, что DSP могут полностью заменить процессоры общего назначения. Как правило, процессоры цифровых сигналов имеют упрощенную систему команд, не позволяющие выполнить операции, не связанные с математическими вычислениями с такой же эффективностью, как и процессоры общего назначения. Попытка же со­четания в одном процессоре мощность при математических вычислениях и гибкость при операциях другого рода приводит к неоправданному повышению себестоимости. Поэтому DSP используют чаще в виде сопро­цессоров (математических, графических, акселераторов и т.д.) при главном процессоре либо в качестве самостоятельного процессора, если этого достаточно.

Читайте также: Шины goodyear модели по годам

DSP фирмы Motorola

Фирмой Motorola в настоящее время выпускается три семейства Цифровых Процессоров Сигналов. Это серии DSP56100, DSP56000 и DSP96000. Все микросхемы приведенных серий основываются на архитектуре DSP56000 и различаются разрядностью (16, 24, 32 бит соответственно) и некоторыми встроен­ными устройствами. Таким образом достигается совместимость микрос­хем всех трех семейств снизу вверх. Все DSP фирмы Motorola постро­ены по идентичной трехшинной Гарвардской архитектуре, описанной ранее, с большим количеством составных частей, портов, контролле­ров, банков памяти и шин, работающих параллельно с целью достиже­ния максимального быстродействия.

Передача данных происходит по двунаправленным шинам данных (одной для DSP56100 (XDB) и двум для DSP56000 и DSP96000 (XDB и YDB)), шине данных программ (PDB) и общей шине данных (GDB). Кроме того, у DSP96000 присутствует отдельная шина прямого доступа к памяти (DDB). Передача данных между шинами про­исходит через внутреннее устройство управления шинами.

Адресация осуществляется по двум однонаправленным шинам: шине адреса данных и шине адреса программ.

Блок манипуляции битами позволяет гибко управлять состоянием любого бита в регистрах и ячейках памяти. Наличие такой возможнос­ти является преимуществом по отношению к DSP других пользователей.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет все арифме­тические и логические операции и имеет в своем составе входные ре­гистры, аккумуляторы, регистры расширения аккумуляторов (8-битные, допускающие 256 переполнений без потери точности), параллельный одноцикловой блок умножения с сохранением (МАС), а так же сдвиго­вые регистры.Гибкая система команд позволяет выполнить АЛУ за один цикл команды умножения, умножения с сохранением результата, сумми­рования, вычитания, сдвига и логические операции. Характерной осо­бенностью DSP фирмы Motorola является возможность сдваивания вход­ных регистров АЛУ и увеличения таким образом разрядности обрабаты­ваемых чисел. Еще одной важной особенностью является наличие опе­рации деления, зачастую отсутствующей у других производителей и заменяемой операцией умножения на обратное число, что приводит к потере точности.

Блок формирования адреса выполняет все вычисления, связанные с определением адресов в памяти. Этот блок работает независимо от остальных блоков процессора. За один цикл могут производиться две операции считывания из памяти или одна операция записи. DSP фирмы Motorola обладают чрезвычайно мощной мощной системой адресации, позволяющей производить практически любые манипуляции с данными за одну команду. Это важная особенность выгодно отличает DSP, выпус­каемые фирмой, от аналогов. Адресация по модулю удобна для органи­зации кольцевых буферов без проверки выхода за границу, что позво­ляет избегать непроизводительных затрат времени. Возможность адре­сации с инверсией значащих битов облегчает реализацию БПФ.

Блок управления выполнением программ содержит 6 регистров, среди которых Указатель адреса цикла и Счетчика циклов, позволяю­щие организовать аппаратную поддержку организации циклов в DSP фирмы Motorola, при которой не тратятся дополнительные машинные циклы на проверку условия выхода из цикла и изменения счетчика цикла. В команде организации цикла DO явно указывается количество повторений.

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

Системный стек представляет из себя отдельную часть из 15 слов ОЗУ, и может хранить информацию о 15 прерываниях, 7 циклах или 15 выходах в подпрограмму. Данные из стека читаются за один цикл уменьшая таким образом непроизводительные затраты времени процессора.

Читайте также: Шины зимние шипованные бриджстоун айс крузер 5000

Главной отличительной особенностью DSP фирмы Motorola являет­ся наличие у всех микросхем внутрикристального эмулятора, позволяющие производить отладку программ без ис­пользования дополнительных аппаратных средств. Таким образом нет необходимости в покупке дорогостоящих отладочных средств. Эмулятор позволяет производить запись/считывание регистров и ячеек памяти, установку точек останова, пошаговое выполнение программ и дру­гие действия посредством подачи команд по 4- проводной шине.

Для снижения потребления энергии в моменты, когда не произво­дится вычисления, предусмотрены два режима с пониженным энергопот­реблением : STOP и WAIT.

Для работы совместно с другими процессорами и каналами прямо­го доступа к памяти предусмотрен встроенный HOST-интерфейс.

Обладая всеми вышеперечисленными свойствами, необходимыми для цифровой обработки сигналов, DSP фирмы Motorola имеют чрезвычайно мощную и гибкую систему команд, позволяющую пользователю удобно и эффективно работать с процессорами.

Семейство DSP96000

Семейство DSP DSP96000 имеет 32-битную архитектуру и поддер­живает операции с плавающей точкой. Микросхемы семейства предназ­начены для компьютерных систем Multimedia. DSP этой серии могут работать и как самостоятельные микросхемы, и через два независи­мых 32-битных порта могут последовательно обмениваться данными с другими процессорами.

Микросхемы семейства имеют в своем составе 6 банков памяти, 8 шин и 4 автономных вычислительных блока: АЛУ, блок управления программой, двойной блок генерации адреса и встроенный двухка­нальный контроллер прямого доступа к памяти.

Характеристики микросхем семейства DSP96000:

· 60 MFLOPS при 40 МГц, цикл 50 нс

· 2 банка памяти данных ОЗУ 512х32 бит

· 2 банка памяти данных ПЗУ 512х32 бит

· загрузочное ПЗУ объемом 56 байт

Видео:Шины - ключевой элемент качественной архитектуры | Андрей ПутинСкачать

· адресуемая внешняя память 2х2 32 32-битных слов памяти дан­ных и программ

· 2 канала прямого доступа к памяти

· 2 канала обмена с внешними процессорами

· корпус с 223 выводами в корпусе PGA или QFP

DSP фирмы Texas Instruments

DSP этой фирмы представлены следующими микропроцессорами: TMS 32010, TMS 320C20, TMS 320C25, TMS 320C30, TMS 320C40, TMS 320C50.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Как работает компьютер

Как уже было сказано ранее, открытая архитектура и блочно-модульный принцип организации IBM-компьютеров стали решающими факторами, позволившими им ныне безраздельно господствовать на рынке компьютерной техники. Давайте же рассмотрим, из каких блоков и модулей собирается современный компьютер и как организована его работа, которая показана схематически ниже.

Видео:Базовая архитектура и структура ЭВМСкачать

Центральный процессор («камень» в жаргонном лексиконе компьютерщиков) — «мозги» компьютера. Именно в центральном процессоре происходят основные вычисления, ради которых, собственно и придумывался компьютер, чтобы облегчить жизнь человека. Физически центральный процессор (микропроцессор) выполняется в виде большой интегральной схемы (БИС), которая устанавливается в соответствующий разъем на материнской плате. Сверху на процессор обязательно крепится радиатор и кулер (вентилятор), которые охлаждают процессор, т.к. тот в процессе работы выделяет достаточно много тепла.

Память — то «место», где хранится разнообразная информация (данные, программные коды), предназначенная для центрального процессора (и не только), а также результаты произведенных им вычислений. Компьютерная память бывает двух видов: ПЗУ (постоянно-запоминающее устройство) и ОЗУ (оперативно-запоминающее устройство).

Читайте также: Как ставить шины при переломе челюсти

ПЗУ можно только считывать. Как правило, ПЗУ применяется для начальной загрузки компьютера. В ПЗУ хранятся специальные инструкции (BIOS), которые управляют в момент включения питания работой компьютера и «рассказывают» ему, что он должен делать. Физически ПЗУ выполняется в виде микросхемы, которая впаивается в материнскую плату.

Информацию ОЗУ можно не только считывать, но и записывать. Более того, скорость работы ОЗУ напрямую влияет на производительность всей компьютерной системы в целом. Можно сказать, что в ОЗУ хранится вся информация, необходимая для работы компьютера в данный момент и с которой пока (или уже) не работает центральный процессор. Физически ОЗУ выполняется в виде отдельных модулей, которые устанавливаются в специальные разъемы (слоты) материнской платы.

Отдельные модули и блоки компьютера должны каким-то образом обмениваться между собой информацией. Для этой цели служат специальные информационные линии, которые принято называть шинами.

Шина данных — информационная линия (канал), по которой идет передача электрических сигналов в обоих направлениях.

Адресная шина — информационный канал, который передает адрес ячейки памяти, в которую (из которой) будет производиться запись (чтение) информации. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес, по которому идет обращение к памяти.

Шина управления указывает, какое именно действие будет производиться: чтение или запись.

Такая организация работы компьютера называется трехшинной архитектурой. Физически шина — это обыкновенный «кусок» изолированного провода, который выполнен в виде ленточного жгута (шлейфа) или в виде металлических дорожек на системной плате.

Все вышеперечисленные компоненты находятся в «железном ящике», который называется системным блоком, который содержит блок питания, питающий все модули компьютера.

Для того, чтобы с компьютером можно было «общаться» нужны средства ввода и вывода информации.

Информация вводится в компьютер посредством клавиатуры (с мышью), флоппи-дисков (которые практически ушли в прошлое), компакт-дисков, флэш-памяти и других подключаемых внешних устройств.

Видео:Трехшинная архитектура ЭВМСкачать

Вывод информации производится через монитор, принтер (другие устройства).

Все внешние устройства, которые подключаются к системному блоку компьютера управляются через контроллеры — специальные аппаратные устройства, имеющие соответствующие разъемы для подключения того или иного внешнего устройства. Контроллеры работают под специальными управляющими программами — драйверами. Драйвер «рассказывает» контроллеру как компьютер должен правильно обмениваться информацией с соответствующим подключенным внешним устройством. Без правильно установленного драйвера ни принтер, ни сканер, ни монитор не будет работать. Физически контроллеры выполнены в виде специальных разъемов, установленных либо на материнской плате, либо непосредственно на системном блоке компьютера.

Отдельной важной деталью компьютера является жесткий диск («винчестер», «винт»), который находится внутри системного блока, но подключен к общей системе также через контроллер. Винчестер имеет очень большой объем хранения данных (современные жесткие диски уже измеряются в терабайтах — миллионах мегабайтов). На жестком диске хранится вся информация, предназначенная для работы конкретного компьютера. Физически жесткий диск выполнен в виде закрытого модуля размером примерно двух-трех сигаретных пачек.

Когда вышеперечисленные модули собраны воедино, правильно подключены и корректно установленно нужное программное обеспечение — компьютер готов к работе. Опытный пользователь из работоспособных комплектующих соберет и настроит компьютер в течение 3-5 часов.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  📹 Видео

  Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

  

  04. Основы устройства компьютера. Архитектура процессора. [Универсальный программист]Скачать

  

  Системная шина процессораСкачать

  

  Что такое СОБЫТИЙНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ АРХИТЕКТУРА за 9 минутСкачать

  

  АПС Л19. ШиныСкачать

  

  Жёсткость шины и высота профиля. Размеры шин. Как выбрать.Скачать

  

  Архитектура ЭВМ. Лекция 0: Предварительные сведенияСкачать

  

  Асимметричные шины с ненаправленным рисунком. Как правильно установить автошиныСкачать

  

  05. Основы устройства компьютера. Регистры и команды процессора. [Универсальный программист]Скачать

  

  Принципы фон НейманаСкачать

  

  ✅ КАКОЙ ВЫБРАТЬ ЛУЧШИЙ РИСУНОК ПРОТЕКТОРА? НАПРАВЛЕННЫЙ СИММЕТРИЯ АСИММЕТРИЧНЫЙСкачать

  

  Архитектура ЭВМ. Лекция 1: Типы архитектур. Комбинационная и последовательная логика.Скачать

  

  Развитие архитектуры вычислительных систем | Информатика 10-11 класс #19 | ИнфоурокСкачать