Цифровой сигнальный процессор

В каждом современном компьютере есть микропроцессор, но не многие из них имеют процессор цифровых сигналов (DSP). Поскольку ЦП представляет собой цифровое устройство, он четко обрабатывает цифровые данные, поэтому вы можете задаться вопросом, в чем разница между цифровыми данными и цифровым сигналом. В основном, signal относится к обмену данными, то есть непрерывному потоку цифровых данных, которые могут не сохраняться (и, следовательно, могут быть недоступны в будущем) и которые должны обрабатываться в реальном времени.

Цифровые сигналы могут поступать практически отовсюду. Например, в загружаемых файлах MP3 хранятся цифровые сигналы, представляющие музыку. Некоторые видеокамеры оцифровывают генерируемые ими видеосигналы и записывают их в цифровом формате. А более совершенные беспроводные и сотовые телефоны обычно преобразуют ваш разговор в цифровой сигнал перед его трансляцией.

Варианты темы

DSP заметно отличается от микропроцессора, который служит центральным процессором настольного компьютера. Работа процессора требует, чтобы он был универсалом. Он должен управлять работой различных компонентов компьютерного оборудования, таких как жесткий диск, графический дисплей и сетевой интерфейс, чтобы они работали вместе для выполнения полезных задач.

Эта гибкость означает, что настольный микропроцессор сложен — он должен поддерживать такие ключевые функции, как защита памяти, целочисленная арифметика, арифметика с плавающей запятой и обработка векторных и графических данных.

В результате типичный современный ЦП имеет несколько сотен инструкций. в своем репертуаре для поддержки всех этих функций. Для этого требуется, чтобы он имел сложный блок декодирования инструкций для реализации большого словаря инструкций, а также множество внутренних логических модулей (называемых исполнительными блоками ), которые реализуют назначение этих инструкций. В результате типичный микропроцессор настольного компьютера содержит десятки миллионов транзисторов.

В отличие от этого, DSP создан для специалиста. Его единственная цель — изменить числа в потоке цифрового сигнала — и сделать это быстро. Схемы DSP состоят в основном из высокоскоростного арифметического оборудования и оборудования для обработки битов, которое может быстро изменять большие объемы данных.

Как следствие, его набор команд намного меньше, чем у настольного микропроцессора — возможно не более 80 инструкций. Это означает, что DSP нуждается только в уменьшенном блоке декодирования команд и меньшем количестве внутренних исполнительных блоков. Более того, любые присутствующие исполнительные блоки ориентированы на высокопроизводительные арифметические операции. Таким образом, типичный DSP состоит всего из нескольких сотен тысяч транзисторов.

Как специалист, DSP очень хорош в том, что он делает. Его близорукая направленность на математику означает, что DSP может непрерывно принимать и изменять цифровой сигнал, такой как музыкальная запись в формате MP3 или разговор по мобильному телефону, без задержки или потери данных. Для повышения пропускной способности процессоры DSP имеют дополнительные внутренние шины данных, которые помогают быстрее передавать данные между арифметическими устройствами и интерфейсами микросхем..

Кроме того, DSP может использовать гарвардскую архитектуру (поддерживая полностью физически отдельные области памяти для данных и инструкций), поэтому выборка и выполнение программного кода чипом не мешает его операциям обработки данных.

Зачем использовать DSP?

Возможности обработки данных DSP делают его идеальным для многих приложений. Используя алгоритмы, основанные на математике связи и теории линейных систем, DSP может принимать цифровой сигнал и выполнять операции свертки для улучшения или уменьшения определенных характеристик этого сигнала.

Некоторые алгоритмы свертки позволяют DSP обрабатывать входной сигнал так, чтобы в обработанном выходе появлялись только желаемые частоты, реализуя то, что называется фильтром.

Вот настоящий- Мировой пример: переходный шум часто проявляется в сигнале в виде высокочастотных всплесков. DSP может быть запрограммирован на применение фильтра, который блокирует такие высокие частоты на обработанном выходе. Это может устранить или минимизировать влияние такого шума, например, на разговор по мобильному телефону. DSP могут применять фильтры не только к аудиосигналам, но и к цифровым изображениям. Например, DSP можно использовать для увеличения контрастности сканирования МРТ.

DSP можно использовать для поиска определенных шаблонов частот или интенсивности в сигнале. По этой причине DSP часто используются для реализации механизмов распознавания речи, которые обнаруживают определенные последовательности звуков или фонем. Эту возможность можно использовать для реализации системы громкой связи в автомобиле или для того, чтобы роботизированная собака вашего ребенка реагировала на голосовые команды.

Поскольку у них гораздо меньше транзисторов, чем у ЦП, ЦСП потребляют меньшая мощность, что делает их идеальными для продуктов с батарейным питанием. Их простота также делает их недорогими в производстве, поэтому они хорошо подходят для дорогостоящих приложений. Сочетание низкого энергопотребления и низкой стоимости означает, что вы часто можете найти DSP как в сотовых телефонах, так и в этом роботизированном питомце.

На другом конце спектра некоторые DSP содержат несколько модулей арифметического выполнения, внутреннюю память и дополнительные шины данных, что позволяет им выполнять многопроцессорную обработку. Такие DSP сжимают видеосигналы в реальном времени для передачи через Интернет и могут распаковывать и восстанавливать видео на принимающей стороне. Эти дорогие высокопроизводительные DSP часто используются в оборудовании для видеоконференцсвязи.

Томпсон — специалист по обучению в Metrowerks. Свяжитесь с ним по адресу Thompson@Metrowerks.com.

Внутри DSP

На этой диаграмме показано ядро ​​процессора Motorola DSP 5680x. Отдельные шины для программ, данных и адреса помогают повысить пропускную способность за счет одновременного выполнения операций выборки кода и данных. Вторичная шина данных позволяет ALU считывать два значения данных, умножать их и выполнять операцию накопления за один такт..



Что такое цифровые данные?

Компьютеры могут работать только с цифровой информацией . Все, что они обрабатывают, необходимо сначала превратить в цифровой сигнал в одном из двух состояний: ‘on’ или ‘off’ .

На базовом уровне компьютерный процессор — это набор переключателей, которые могут быть включены или выключены. Эти переключатели известны как транзисторы . Компьютер обрабатывает информацию путем автоматического включения и выключения транзисторов.

Информация с устройств ввода должна быть оцифрована , чтобы ее можно было обработать.

Почему компьютеры используют двоичный код?

Чтобы обрабатывать информацию и хранить ее, компьютеры используют двоичный код . Двоичный — это язык, состоящий только из чисел 1 и 0.

Он хранится в переключателях (транзисторах) как включенный или выключенный, как цифровой сигнал. .

Его можно сохранить на диске компьютера, используя крошечные области, магнитно заряженные с севером и югом — как на стержневом магните. Одно направление обозначает 1, а другое — 0.

Когда мы говорим, что данные «оцифрованы», мы имеем в виду, что они превращаются в единицы и нули для хранения.

Как вы общаетесь, используя только включение и выключение?

Использование только включения и выключения для отправки сообщений может показаться очень ограничивающим. Как компьютер может обрабатывать все, что он делает, с помощью всего двух сигналов?

Даже в викторианскую эпоху люди использовали для связи последовательности включения и выключения. Они отправляли сообщения через электрический телеграф, и эти сообщения нужно было преобразовать в азбуку Морзе.

Азбука Морзе представляет собой серию точек и тире, которые представляют все буквы алфавита, цифр и знаков препинания.

В телеграфе использовался переключатель, который был либо включен, либо выключен. Человек, подслушивающий на дальнем конце телеграфного провода, мог сказать, включен или выключен переключатель. Изменяя продолжительность включения, слушающий мог определить, была ли это «точка» (короткий сигнал) или «тире» (более длинный сигнал).

Так, например, , «точка тире» — это буква «а».

Код Морзе позволял передавать закодированные сообщения по кабелям на большое расстояние , просто с серией точек и тире или сигналов включения и выключения.

Двоичный

Двоичный код — это просто еще один код, за исключением того, что вместо точек и тире вы может использовать 0 и 1 для представления чисел и букв.

В двоичном формате 01100001 может быть числом 97 или может представлять букву ‘a’.

Что еще можно превратить в двоичный?

Все, что хранится на компьютере, оцифровывается. Он был преобразован в двоичный код для обработки и сохранения.

Когда вы нажимаете клавиши на клавиатуре, вы закрываете переключатель под клавишей. Эта информация о том, какой переключатель был замкнут, оцифровывается, превращается в двоичный код и отправляется на компьютер.

Когда изображение сканируется в компьютер, оно преобразуется в пиксели . Каждый из этих пикселей представляет собой небольшой цветной квадрат с двоичным числом, сообщающим компьютеру, какого цвета каждый квадрат. Сканер или камера — это устройство ввода, предназначенное для захвата изображения путем его оцифровки.

В этом видео Нейт рассказывает, как можно использовать сканер для оцифровки фотографий, чтобы вы могли легко поделиться ими с друзьями и семьей.

Что дальше?

Как работают цифровые изображения?

Дополнительные руководства и клипы по вычислениям для ключевого этапа 2

Найдите больше отличных руководств и клипов Bitesize

Ищете старые основные игры Bitesize? Найдите их здесь.

Как создавать цифровые видео и аудио

Оцените статью
clickpad.ru
Добавить комментарий