Цифровой сигнальный процессор

Цифровой сигнальный процессор (англ. Digital signal processor, DSP; сигнальный микропроцессор) — специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов (обычно в реальном масштабе времени).

Архитектура сигнальных процессоров, по сравнению с микропроцессорами настольных компьютеров, имеет некоторые особенности:

• Гарвардская архитектура (разделение памяти команд и данных), как правило модифицированная;
• Большинство сигнальных процессоров имеют встроенную оперативную память, из которой может осуществляться выборка нескольких машинных слов одновременно. Нередко встроено сразу несколько видов оперативной памяти, например, в силу Гарвардской архитектуры бывает отдельная память для инструкций и отдельная — для данных.
• Некоторые сигнальные процессоры обладают одним или даже несколькими встроенными постоянными запоминающими устройствами с наиболее употребительными подпрограммами, таблицами и т. п.
• Аппаратное ускорение сложных вычислительных инструкций, то есть быстрое выполнение операций, характерных для цифровой обработки сигналов, например, операция «умножение с накоплением» (MAC) (Y := X + A × B) обычно исполняется за один такт.
• «Бесплатные» по времени циклы с заранее известной длиной. Поддержка векторно-конвейерной обработки с помощью генераторов адресных последовательностей.
• Детерминированная работа с известными временами выполнения команд, что позволяет выполнять планирование работы в реальном времени.
• Сравнительно небольшая длина конвейера, так что незапланированные условные переходы могут занимать меньшее время, чем в универсальных процессорах.
• Экзотический набор регистров и инструкций, часто сложных для компиляторов. Некоторые архитектуры используют VLIW.
• По сравнению с микроконтроллерами, ограниченный набор периферийных устройств — впрочем, существуют «переходные» чипы, сочетающие в себе свойства DSP и широкую периферию микроконтроллеров.

Особенности цифрового сигнального процессора

(см18 если недостаточно)

Области применения

• Коммуникационное оборудование:
• Уплотнение каналов передачи данных;
• Кодирование аудио- и видеопотоков;
• Системы гидро- и радиолокации;
• Распознавание речи и изображений;
• Речевые и музыкальные синтезаторы;
• Анализаторы спектра;
• Управление технологическими процессами;
• Другие области, где необходима быстродействующая обработка сигналов, в том числе в реальном времени.

Для программирования ЦСП обычно используют один из двух языков — ассемблер и C. Основные особенности ассемблеров ЦСП совпадают с аналогичными языками обычных микропроцессоров и, в целом, могут быть описаны как:

• Язык ассемблера является машинно-ориентированным, то есть каждое семейство процессоров имеет язык, отличающийся от языка других семейств;
• Одна команда на ассемблере обычно эквивалентна одной команде машинного языка;
• При программировании на ассемблере программисту доступны все ресурсы процессора и системы, что позволяет использовать их максимально эффективно;
• От программиста требуется хорошее знание архитектуры каждого конкретного процессора, с которым он работает, то есть требуемая квалификация персонала должна быть достаточно высокой;
• Создание и отладка программ на ассемблере — длительный трудоёмкий процесс, также требующий высокой квалификации.

С другой стороны, при использовании языков высокого уровня, в частности, C, можно заметно упростить и ускорить создание программ, но при этом ресурсы системы будут использоваться менее эффективно, по сравнению с программой, целиком написанной на ассемблере.

В реальности обычно используются подход, совмещающий достоинства как языков высокого уровня, так и эффективности программ на ассемблере. Выражается это в том, что стандартные библиотеки обычно создаются на ассемблере, как и критичные ко времени исполнения и объёму памяти части кода. В то же время вспомогательные модули могут создаваться на языке высокого уровня, ускоряя и упрощая разработку программной системы в целом.