5.2. Особливості роботи сигнальних процесорів

Для побудови систем цифрової обробки сигналів використовуються спеціалізовані мікропроцесори — цифрові сигнальні мікропроцесори. Неможливість або неефективність застосування для вирішення задач ЦОС, універсальних мікропроцесорів пов'язана, з одного боку, з їх низькою продуктивністю на вказаних задачах, а з іншого боку — з їх надмірною надлишковістю для даних задач.

Відмітною особливістю задач цифрової обробки сигналів є потоковий характер обробки великих об'ємів даних в реальному режимі часу, що вимагає високої продуктивності процесора і забезпечення можливості інтенсивного обміну із зовнішніми пристроями. Відповідність даним вимогам досягається в даний час завдяки специфічній архітектурі сигнальних процесорів і проблемно-орієнтованій системі команд.

Сигнальні процесори володіють високим ступенем спеціалізації. У них широко використовуються методи скорочення тривалості командного такту, характерна і для універсальних RISC-процесорів, такі, як конвеєризація на рівні окремих мікрокоманд і команд, розміщення операндів більшості команд в регістрах, використання тіньових регістрів для збереження стану обчислень при перемиканні контексту, розділення пам'яті команд і даних (гарвардська архітектура). В той же час для сигнальних процесорів характерною є наявність апаратного помножувача, що дозволяє виконувати множення двох чисел за один такт. В універсальних процесорах множення зазвичай реалізується за декілька тактів, як послідовність операцій зрушення і складання. Іншою особливістю сигнальних процесорів є включення в систему команд таких операцій, як множення з накопиченням MAC (С := А х В + С), інверсія біт адреси, операції над бітами. У сигнальних процесорах реалізується апаратна підтримка програмних циклів, кільцевих буферів, обробки переривань.

Реалізація однотактного множення, а також команд, що використовують як операнди вміст елементів пам'яті, обумовлює порівняно низькі тактові частоти роботи цих процесорів.

Сигнальні процесори різних компаній-виробників утворюють два класи, що істотно відрізняються за ціною: дешевші мікропроцесори обробки даних у форматі з фіксованою точкою і дорожчі мікропроцесори, апаратно підтримуючі операції над даними у форматі з плаваючою точкою.

Використання в сигнальній обробці даних у форматі з плаваючою точкою обумовлене декількома причинами. Для багатьох завдань, пов'язаних з виконанням інтегральних і диференціальних перетворень, особливу значущість має точність обчислень, забезпечити яку дозволяє експоненціальний формат представлення даних. Алгоритми компресії, декомпресії, адаптивної фільтрації в цифровій обробці сигналів пов'язані з визначенням логарифмічних залежностей і вельми чутливі до точності представлення даних в широкому динамічному діапазоні значень. Робота з даними у форматі з плаваючою точкою істотно спрощує обробку, оскільки не вимагає виконання операції округлення і нормалізації даних, відстежування ситуацій втрати точності і переповнювання.

Ці процесори створювалися виходячи з потреби обробки в реальному часі відео- і аудіоінформації в мультимедійних ПК, ігрових приставках, побутових радіоелектронних приладах. Зважаючи на більш просту схемотехніку в порівнянні з універсальними сигнальними процесорами, вартість медійних процесорів досить низька (порядку S100), а значення показника продуктивності/вартість на 2—3 порядки більша. Пікове значення продуктивності медійних процесорів складає декілька мільярдів цілочисельних операцій в секунду.

До найбільш крупних виробників сигнальних мікропроцесорів відносяться компанії Texas Instruments, Analog Devices.