डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर: Difference between revisions
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सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर के मानकों के अनुसार, डीएसपी निर्देश सेट अक्सर अत्यधिक अनियमित होते हैं; जबकि पारंपरिक निर्देश सेट अधिक सामान्य निर्देशों से बने होते हैं जो उन्हें व्यापक प्रकार के संचालन करने की अनुमति देते हैं, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित निर्देश सेट में सामान्य गणितीय संचालन के निर्देश होते हैं जो अक्सर डीएसपी गणना में होते हैं। दोनों पारंपरिक और डीएसपी-अनुकूलित निर्देश सेट किसी भी मनमानी संचालन की गणना करने में सक्षम हैं, लेकिन एक ऑपरेशन जिसे गणना करने के लिए कई एआरएम या x86 निर्देशों की आवश्यकता हो सकती है, उसे डीएसपी अनुकूलित निर्देश सेट में केवल एक निर्देश की आवश्यकता हो सकती है। | सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर के मानकों के अनुसार, डीएसपी निर्देश सेट अक्सर अत्यधिक अनियमित होते हैं; जबकि पारंपरिक निर्देश सेट अधिक सामान्य निर्देशों से बने होते हैं जो उन्हें व्यापक प्रकार के संचालन करने की अनुमति देते हैं, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित निर्देश सेट में सामान्य गणितीय संचालन के निर्देश होते हैं जो अक्सर डीएसपी गणना में होते हैं। दोनों पारंपरिक और डीएसपी-अनुकूलित निर्देश सेट किसी भी मनमानी संचालन की गणना करने में सक्षम हैं, लेकिन एक ऑपरेशन जिसे गणना करने के लिए कई एआरएम या x86 निर्देशों की आवश्यकता हो सकती है, उसे डीएसपी अनुकूलित निर्देश सेट में केवल एक निर्देश की आवश्यकता हो सकती है। | ||
सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर के लिए एक निहितार्थ यह है कि हाथ से अनुकूलित असेंबली भाषा | सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर के लिए एक निहितार्थ यह है कि हाथ से अनुकूलित असेंबली भाषा, असेंबली-कोड [[ सबरूटीन ]] (असेंबली प्रोग्राम) को आमतौर पर आवश्यक एल्गोरिदम को संभालने के लिए उन्नत कंपाइलर तकनीकों पर निर्भर होने के बजाय पुन: उपयोग के लिए पुस्तकालयों में पैक किया जाता है। यहां तक कि आधुनिक कंपाइलर अनुकूलन के साथ हाथ से अनुकूलित असेंबली कोड अधिक कुशल है और डीएसपी गणना में शामिल कई सामान्य एल्गोरिदम वास्तुशिल्प ऑप्टीमाइज़ेशन्स का पूरा लाभ उठाने के लिए हाथ से लिखा गया है।। | ||
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* फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म क्रॉस-रेफरेंसिंग के लिए [[ परिपत्र बफर ]] और बिट-रिवर्स एड्रेसिंग मोड में [[ मॉड्यूलर अंकगणित ]] | * फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म क्रॉस-रेफरेंसिंग के लिए [[ परिपत्र बफर ]] और बिट-रिवर्स एड्रेसिंग मोड में [[ मॉड्यूलर अंकगणित | मॉड्यूलर अंकगणि]]तीय एड्रेसिंग के लिए विशेष निर्देश | ||
*डीएसपी कभी-कभी हार्डवेयर को सरल बनाने और कोडिंग दक्षता बढ़ाने के लिए समय-स्थिर एन्कोडिंग का उपयोग करते हैं।{{Citation needed|date=March 2020|reason=Please link to something that defines 'time-stationary encoding'}} | *डीएसपी कभी-कभी हार्डवेयर को सरल बनाने और कोडिंग दक्षता बढ़ाने के लिए समय-स्थिर एन्कोडिंग का उपयोग करते हैं।{{Citation needed|date=March 2020|reason=Please link to something that defines 'time-stationary encoding'}} | ||
*कई अंकगणितीय इकाइयों को प्रति निर्देश चक्र में कई एक्सेस का समर्थन करने के लिए मेमोरी आर्किटेक्चर की आवश्यकता हो सकती है - आम तौर पर 2 अलग डेटा बसों से 2 डेटा मानों को पढ़ने और अगले निर्देश (निर्देश कैश, या तीसरे प्रोग्राम मेमोरी से) को एक साथ पढ़ने का समर्थन करना।<ref> | *कई अंकगणितीय इकाइयों को प्रति निर्देश चक्र में कई एक्सेस का समर्थन करने के लिए मेमोरी आर्किटेक्चर की आवश्यकता हो सकती है - आम तौर पर 2 अलग डेटा बसों से 2 डेटा मानों को पढ़ने और अगले निर्देश (निर्देश कैश, या तीसरे प्रोग्राम मेमोरी से) को एक साथ पढ़ने का समर्थन करना।<ref> | ||
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*[[ संतृप्ति अंकगणित ]], जिसमें ओवरफ्लो उत्पन्न करने वाले ऑपरेशन अधिकतम (या न्यूनतम) मानों पर जमा हो जाएंगे, जो रजिस्टर को लपेटने के बजाय पकड़ सकता है (अधिकतम + 1 कई सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू के रूप में न्यूनतम से अधिक नहीं होता है, इसके बजाय यह रहता है | *[[ संतृप्ति अंकगणित ]], जिसमें ओवरफ्लो उत्पन्न करने वाले ऑपरेशन अधिकतम (या न्यूनतम) मानों पर जमा हो जाएंगे, जो रजिस्टर को लपेटने के बजाय पकड़ सकता है (अधिकतम + 1 कई सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू के रूप में न्यूनतम से अधिक नहीं होता है, इसके बजाय यह अधिकतम पर रहता है )। कभी-कभी विभिन्न स्टिकी बिट्स ऑपरेशन मोड में उपलब्ध होते हैं। | ||
* | *निश्चित-बिंदु अंकगणित का उपयोग अक्सर अंकगणितीय प्रसंस्करण को गति देने के लिए किया जाता है | ||
*[[ पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) ]] के लाभों को बढ़ाने के लिए एकल-चक्र संचालन | *[[ पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) ]] के लाभों को बढ़ाने के लिए एकल-चक्र संचालन | ||
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*पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) वास्तुकला | *पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) वास्तुकला | ||
*अत्यधिक समानांतर गुणक-संचयक (मैक इकाइयां) | *अत्यधिक समानांतर गुणक-संचयक (मैक इकाइयां) | ||
*हार्डवेयर-नियंत्रित नियंत्रण प्रवाह | *हार्डवेयर-नियंत्रित नियंत्रण प्रवाह लूप्स, लूपिंग संचालन के लिए आवश्यक ओवरहेड को कम करने या समाप्त करने के लिए | ||
=== हार्डवेयर आर्किटेक्चर === | === हार्डवेयर आर्किटेक्चर === | ||
अभियांत्रिकी में, हार्डवेयर वास्तु संरचना, प्रणाली के भौतिक घटकों तथा उनके अंतर्संबंधों की पहचान को निर्दिष्ट करता है, इस विवरण को अक्सर हार्डवेयर डिजाइन मॉडल कहा जाता है, हार्डवेयर डिजाइनरों को इस बात की अनुमति देता है कि कैसे उनके घटक सिस्टम वास्तु संरचना में फिट बैठते हैं और सॉफ्टवेयर घटक डिजाइनरों को सॉफ्टवेयर विकास और एकीकरण के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं, हार्डवेयर वास्तु संरचना की स्पष्ट परिभाषा के द्वारा विभिन्न पारंपरिक इंजीनियरी विषयों की अनुमति दी जाती है। (जैसे, इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल इंजीनियरिंग) को नई मशीनों, उपकरणों और घटकों के विकास और निर्माण के लिए अधिक प्रभावी ढंग से काम करने की अनुमति देती है। | |||
हार्डवेयर | हार्डवेयर एक ऐसी अभिव्यक्ति है जिसका प्रयोग कंप्यूटर इंजीनियरिंग उद्योग में उन साफ्टवेयर से स्पष्ट रुप से अंतर करने के लिए किया जाता है जो उस पर चलता है। परंतु स्वचालन तथा सॉफ्टवेयर अभियांत्रिकी विधाओं में हार्डवेयर के लिए किसी न किसी प्रकार का कंप्यूटर आवश्यक नहीं है। अपोलो अंतरिक्ष यान की तुलना में एक आधुनिक ऑटोमोबाइल बेहद सॉफ्टवेयर चलाता है। इसके अलावा आधुनिक विमान उन लाखों कंप्यूटर निर्देशों को चलाए बिना काम नहीं कर सकता है जो सामान्य कंप्यूटर हार्डवेयर और विशिष्ट हार्डवेयर उपकरणों जैसे आईसी वायर्ड लॉजिक गेट, एनालॉग और हाइब्रिड डिवाइस, और अन्य डिजिटल उपकरणों में निहित और वितरित हैं। कंप्यूटर, निजी डिजिटल सहायक (पीडीए), सेल फोन, सर्जिकल इंस्ट्रूमेंटेशन, उपग्रहों, और पनडुब्बियों सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के आधार पर अलग-अलग भौतिक घटकों के संयोजन को प्रभावी ढंग से प्रतिरुप देने की आवश्यकता है। | ||
==== स्मृति वास्तुकला ==== | ==== स्मृति वास्तुकला ==== | ||
डेटा को स्ट्रीम करने के लिए DSP आमतौर पर अनुकूलित होते हैं और विशेष मेमोरी आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं, जो एक ही समय में कई डेटा या निर्देश को प्राप्त करने में सक्षम होते हैं जैसे कि [[ हार्वर्ड वास्तुकला ]] या संशोधित [[ वॉन न्यूमैन वास्तुकला ]], जो अलग प्रोग्राम और डेटा मेमोरी का उपयोग करते हैं (कभी-कभी समवर्ती पहुंच भी। एकाधिक डेटा बसें)। | |||
डीएसपीएस कभी-कभी कैशे पदानुक्रम और संबंधित देरी के बारे में जानने के लिए समर्थन कोड पर भरोसा कर सकते हैं। यह एक ट्रेडमार्क है जो बेहतर प्रदर्शन [स्पष्टीकरण आवश्यक] के लिए अनुमति देता है।{{clarify|date=November 2015}}. इसके अलावा, [[ प्रत्यक्ष मेमोरी एक्सेस ]] का व्यापक उपयोग किया जाता है। | |||
===== एड्रेसिंग और [[ अप्रत्यक्ष स्मृति ]] ===== | ===== एड्रेसिंग और [[ अप्रत्यक्ष स्मृति ]] ===== | ||
Revision as of 16:36, 30 October 2022
एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) एक विशेष कामाइक्रोप्रोसेसर चिप है, जिसकी संरचना डिजीटलअंकीय संकेत प्रक्रिया की संक्रियात्मक आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित है।[1]: 104–107 [2] डीएसपी एमओएस इंटीग्रेटेड सर्किट चिप्स परअर्धचालक उपकरण निर्माण किए गए हैं।[3][4]ये व्यापक रूप से ऑडियो सिग्नल प्रोसेसिंग , दूरसंचार , डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग , राडार , सोनार और वाक् पहचान सिस्टम और आम उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे मोबाइल फोन , डिस्क ड्राइव और उच्च परिभाषा टेलीविजन (HDTV) उत्पादों में किये जाता है।[3]
डीएसपी का लक्ष्य आम तौर पर वास्तविक दुनिया के एनालॉग संकेतों को मापने, फ़िल्टर करने या संकुचित करने के लिए होता है।अधिकांश सामान्य प्रयोजन के माइक्रोप्रोसेसरों में डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम का सफलतापूर्वक निष्पादन किया जा सकता है, लेकिन वास्तविक समय में इस तरह की प्रक्रियाओं को निरंतर बनाये रखने में सक्षम नहीं हो सकता है। इसके अलावा, समर्पित डीएसपी में आमतौर पर बेहतर बिजली दक्षता होती है, इस प्रकार वे बिजली की खपत की कमी के कारण चल दूरभाष जैसे पोर्टेबल उपकरणों में अधिक उपयुक्त होते हैं।[5] जैसे पोर्टेबल उपकरणों में अधिक उपयुक्त होते हैं। डीएसपीएस अक्सर विशेष स्मृति वास्तुकला का उपयोग करते हैं जो एक ही समय में एकाधिक डेटा या निर्देशों को लाने में सक्षम होते हैं।
अवलोकन
डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) कलन विधि को सामान्यतया डेटा नमूनों की एक श्रृंखला पर बड़ी संख्या में गणितीय कार्यों को जल्दी और बार-बार करने की आवश्यकता होती है। सिग्नल (शायद ऑडियो या वीडियो सेंसर से) लगातार एनालॉग से डिजिटल में परिवर्तित होते हैं, डिजिटल रूप से हेरफेर किए जाते हैं, और फिर वापस एनालॉग रूप में परिवर्तित होते हैं। कई डीएसपी अनुप्रयोगों में विलंबता (इंजीनियरिंग) पर बाधाएं हैं, यानी, सिस्टम के काम करने के लिए, डीएसपी ऑपरेशन को कुछ निश्चित समय के भीतर पूरा किया जाना चाहिए, तथा आस्थगित (या बैच) प्रसंस्करण सक्षम नहीं है।
अधिकांश सामान्य प्रयोजन के माइक्रोप्रोसेसरों और ऑपरेटिंग सिस्टम डीएसपी एल्गोरिदम का सफलतापूर्वक निष्पादन कर सकते हैं, लेकिन बिजली दक्षता बाधाओं के कारण मोबाइल फोन और पीडीए जैसे पोर्टेबल उपकरणों में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं।[5]हालांकि, एक विशेष डीएसपी बेहतर प्रदर्शन, कम विलंबता, कम अलंबता, स्पेशल कूलिंग या बड़े बैटरियों की कोई ज़रूरत नहीं होती है।[citation needed]
इस प्रकार के प्रदर्शन सुधारों ने वाणिज्यिक संचार उपग्रहों में डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग की शुरुआत की है, जहां सैकड़ों या हजारों एनालॉग फिल्टर, स्विच, फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स और इतने पर अपलिंक के लिए संकेतों को प्राप्त करने और संसाधित करके उन्हें डाउनलिंक के लिए तैयार करने की आवश्यकता होती है, और हो सकता है उपग्रह के भार, बिजली की खपत, निर्माण की जटिलता/लागत, विश्वसनीयता और प्रचालन के लचीलेपन से महत्वपूर्ण लाभ उठाया जा सकता है।उदाहरण के लिए, 2018 में शुरू किए गए ऑपरेटर एसईएस से एसईएस 12 और अनु 14 उपग्रह, दोनों का निर्माण एयरबस रक्षा और अंतरिक्ष द्वारा किया गया था, जिसकी क्षमता का 25% डीएसपी का इस्तेमाल था।[6]
डीएसपी की संरचना को विशेष रूप से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित किया गया है। अधिकांश अनुप्रयोग प्रक्रमक या माइक्रोकंट्रोलर के रूप में कुछ सुविधाओं का भी समर्थन करते हैं, क्योंकि संकेत प्रक्रमण प्रणाली का एकमात्र कार्य है।डीएसपी एल्गोरिदम को अनुकूलित करने के लिए कुछ उपयोगी विशेषताएं नीचे दी गई हैं।
वास्तुकला
सॉफ्टवेयर वास्तुकला
सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर के मानकों के अनुसार, डीएसपी निर्देश सेट अक्सर अत्यधिक अनियमित होते हैं; जबकि पारंपरिक निर्देश सेट अधिक सामान्य निर्देशों से बने होते हैं जो उन्हें व्यापक प्रकार के संचालन करने की अनुमति देते हैं, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित निर्देश सेट में सामान्य गणितीय संचालन के निर्देश होते हैं जो अक्सर डीएसपी गणना में होते हैं। दोनों पारंपरिक और डीएसपी-अनुकूलित निर्देश सेट किसी भी मनमानी संचालन की गणना करने में सक्षम हैं, लेकिन एक ऑपरेशन जिसे गणना करने के लिए कई एआरएम या x86 निर्देशों की आवश्यकता हो सकती है, उसे डीएसपी अनुकूलित निर्देश सेट में केवल एक निर्देश की आवश्यकता हो सकती है।
सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर के लिए एक निहितार्थ यह है कि हाथ से अनुकूलित असेंबली भाषा, असेंबली-कोड सबरूटीन (असेंबली प्रोग्राम) को आमतौर पर आवश्यक एल्गोरिदम को संभालने के लिए उन्नत कंपाइलर तकनीकों पर निर्भर होने के बजाय पुन: उपयोग के लिए पुस्तकालयों में पैक किया जाता है। यहां तक कि आधुनिक कंपाइलर अनुकूलन के साथ हाथ से अनुकूलित असेंबली कोड अधिक कुशल है और डीएसपी गणना में शामिल कई सामान्य एल्गोरिदम वास्तुशिल्प ऑप्टीमाइज़ेशन्स का पूरा लाभ उठाने के लिए हाथ से लिखा गया है।।
निर्देश सेट
- गुणा-संचय संचालन
- सभी प्रकार के मैट्रिक्स (गणित) संचालन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है
- छानने के लिए दृढ़ संकल्प
- डॉट उत्पाद
- हॉर्नर योजना
- मौलिक डीएसपी एल्गोरिदम गुणन-संचय प्रदर्शन पर बहुत अधिक निर्भर करता है
- सभी प्रकार के मैट्रिक्स (गणित) संचालन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है
- संबंधित निर्देश:
- एकल निर्देश, एकाधिक डेटा
- वीएलआईडब्ल्यू
- फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म क्रॉस-रेफरेंसिंग के लिए परिपत्र बफर और बिट-रिवर्स एड्रेसिंग मोड में मॉड्यूलर अंकगणितीय एड्रेसिंग के लिए विशेष निर्देश
- डीएसपी कभी-कभी हार्डवेयर को सरल बनाने और कोडिंग दक्षता बढ़ाने के लिए समय-स्थिर एन्कोडिंग का उपयोग करते हैं।[citation needed]
- कई अंकगणितीय इकाइयों को प्रति निर्देश चक्र में कई एक्सेस का समर्थन करने के लिए मेमोरी आर्किटेक्चर की आवश्यकता हो सकती है - आम तौर पर 2 अलग डेटा बसों से 2 डेटा मानों को पढ़ने और अगले निर्देश (निर्देश कैश, या तीसरे प्रोग्राम मेमोरी से) को एक साथ पढ़ने का समर्थन करना।[7][8][9][10]
- विशेष लूप नियंत्रण, जैसे निर्देश प्राप्त करने या बाहर निकलने के परीक्षण के लिए ओवरहेड के बिना बहुत तंग लूप में कुछ निर्देश शब्दों को निष्पादित करने के लिए आर्किटेक्चरल समर्थन-जैसे शून्य-ओवरहेड लूपिंग [11][12] और हार्डवेयर लूप बफ़र्स।[13][14]
डेटा निर्देश
- संतृप्ति अंकगणित , जिसमें ओवरफ्लो उत्पन्न करने वाले ऑपरेशन अधिकतम (या न्यूनतम) मानों पर जमा हो जाएंगे, जो रजिस्टर को लपेटने के बजाय पकड़ सकता है (अधिकतम + 1 कई सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू के रूप में न्यूनतम से अधिक नहीं होता है, इसके बजाय यह अधिकतम पर रहता है )। कभी-कभी विभिन्न स्टिकी बिट्स ऑपरेशन मोड में उपलब्ध होते हैं।
- निश्चित-बिंदु अंकगणित का उपयोग अक्सर अंकगणितीय प्रसंस्करण को गति देने के लिए किया जाता है
- पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) के लाभों को बढ़ाने के लिए एकल-चक्र संचालन
कार्यक्रम प्रवाह
- तैरनेवाला स्थल यूनिट को सीधे डेटापथ में एकीकृत किया जाता है
- पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) वास्तुकला
- अत्यधिक समानांतर गुणक-संचयक (मैक इकाइयां)
- हार्डवेयर-नियंत्रित नियंत्रण प्रवाह लूप्स, लूपिंग संचालन के लिए आवश्यक ओवरहेड को कम करने या समाप्त करने के लिए
हार्डवेयर आर्किटेक्चर
अभियांत्रिकी में, हार्डवेयर वास्तु संरचना, प्रणाली के भौतिक घटकों तथा उनके अंतर्संबंधों की पहचान को निर्दिष्ट करता है, इस विवरण को अक्सर हार्डवेयर डिजाइन मॉडल कहा जाता है, हार्डवेयर डिजाइनरों को इस बात की अनुमति देता है कि कैसे उनके घटक सिस्टम वास्तु संरचना में फिट बैठते हैं और सॉफ्टवेयर घटक डिजाइनरों को सॉफ्टवेयर विकास और एकीकरण के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं, हार्डवेयर वास्तु संरचना की स्पष्ट परिभाषा के द्वारा विभिन्न पारंपरिक इंजीनियरी विषयों की अनुमति दी जाती है। (जैसे, इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल इंजीनियरिंग) को नई मशीनों, उपकरणों और घटकों के विकास और निर्माण के लिए अधिक प्रभावी ढंग से काम करने की अनुमति देती है।
हार्डवेयर एक ऐसी अभिव्यक्ति है जिसका प्रयोग कंप्यूटर इंजीनियरिंग उद्योग में उन साफ्टवेयर से स्पष्ट रुप से अंतर करने के लिए किया जाता है जो उस पर चलता है। परंतु स्वचालन तथा सॉफ्टवेयर अभियांत्रिकी विधाओं में हार्डवेयर के लिए किसी न किसी प्रकार का कंप्यूटर आवश्यक नहीं है। अपोलो अंतरिक्ष यान की तुलना में एक आधुनिक ऑटोमोबाइल बेहद सॉफ्टवेयर चलाता है। इसके अलावा आधुनिक विमान उन लाखों कंप्यूटर निर्देशों को चलाए बिना काम नहीं कर सकता है जो सामान्य कंप्यूटर हार्डवेयर और विशिष्ट हार्डवेयर उपकरणों जैसे आईसी वायर्ड लॉजिक गेट, एनालॉग और हाइब्रिड डिवाइस, और अन्य डिजिटल उपकरणों में निहित और वितरित हैं। कंप्यूटर, निजी डिजिटल सहायक (पीडीए), सेल फोन, सर्जिकल इंस्ट्रूमेंटेशन, उपग्रहों, और पनडुब्बियों सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के आधार पर अलग-अलग भौतिक घटकों के संयोजन को प्रभावी ढंग से प्रतिरुप देने की आवश्यकता है।
स्मृति वास्तुकला
डेटा को स्ट्रीम करने के लिए DSP आमतौर पर अनुकूलित होते हैं और विशेष मेमोरी आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं, जो एक ही समय में कई डेटा या निर्देश को प्राप्त करने में सक्षम होते हैं जैसे कि हार्वर्ड वास्तुकला या संशोधित वॉन न्यूमैन वास्तुकला , जो अलग प्रोग्राम और डेटा मेमोरी का उपयोग करते हैं (कभी-कभी समवर्ती पहुंच भी। एकाधिक डेटा बसें)।
डीएसपीएस कभी-कभी कैशे पदानुक्रम और संबंधित देरी के बारे में जानने के लिए समर्थन कोड पर भरोसा कर सकते हैं। यह एक ट्रेडमार्क है जो बेहतर प्रदर्शन [स्पष्टीकरण आवश्यक] के लिए अनुमति देता है।[clarification needed]. इसके अलावा, प्रत्यक्ष मेमोरी एक्सेस का व्यापक उपयोग किया जाता है।
एड्रेसिंग और अप्रत्यक्ष स्मृति
डीएसपी अक्सर मल्टी-टास्किंग ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं, लेकिन वर्चुअल मेमोरी या मेमोरी सुरक्षा के लिए कोई समर्थन नहीं है। वर्चुअल मेमोरी का उपयोग करने वाले ऑपरेटिंग सिस्टम को प्रक्रिया (कंप्यूटिंग) के बीच संदर्भ स्विचिंग के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है, जिससे विलंबता बढ़ जाती है।
- हार्डवेयर मोडुलो एड्रेसिंग
- परिपत्र बफ़र्स को रैपिंग के लिए परीक्षण किए बिना कार्यान्वित करने की अनुमति देता है
- बिट-रिवर्स एड्रेसिंग, एक विशेष एड्रेसिंग मोड
- एफएफटी की गणना के लिए उपयोगी
- स्मृति प्रबंधन इकाई का अपवर्जन
- पता निर्माण इकाई
इतिहास
पृष्ठभूमि
स्टैंड-अलोन डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) एकीकृत सर्किट के आगमन से पहले, प्रारंभिक डिजिटल संकेत का प्रक्रमण अनुप्रयोगों को आमतौर पर थोड़ा टुकड़ा करना | बिट-स्लाइस चिप्स का उपयोग करके लागू किया गया था। अपने घटकों के परिवार के साथ AMD Am2900 बिट-स्लाइस चिप एक बहुत लोकप्रिय विकल्प था। एएमडी से संदर्भ डिजाइन थे, लेकिन अक्सर एक विशेष डिजाइन की विशिष्टताएं एप्लिकेशन विशिष्ट थीं। इन बिट स्लाइस आर्किटेक्चर में कभी-कभी एक परिधीय गुणक चिप शामिल होता है। इन मल्टीप्लायरों के उदाहरण TRW Inc. की एक श्रृंखला थी जिसमें TDC1008 और TDC1010 शामिल थे, जिनमें से कुछ में एक संचायक शामिल था, जो अपेक्षित गुणा-संचय (MAC) फ़ंक्शन प्रदान करता था।
1970 के दशक में MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, या MOS ट्रांजिस्टर) को व्यापक रूप से अपनाने से इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल प्रोसेसिंग में क्रांति आ गई थी।[15] MOS इंटीग्रेटेड सर्किट टेक्नोलॉजी 1970 के दशक की शुरुआत में पहले सिंगल-चिप माइक्रोप्रोसेसरों और माइक्रोकंट्रोलर्स का आधार थी,[16] और फिर 1970 के दशक के अंत में पहला सिंगल-चिप डीएसपी।[3][4] डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग में एक और महत्वपूर्ण विकास डेटा संपीड़न था। रैखिक भविष्य कहनेवाला कोडिंग (एलपीसी) पहली बार 1966 में नागोया विश्वविद्यालय के फुमितदा इटाकुरा और निप्पॉन टेलीग्राफ और टेलीफोन (एनटीटी) के शुज़ो सैटो द्वारा विकसित किया गया था, और फिर बिष्णु एस। अटल और मैनफ्रेड आर। श्रोएडर द्वारा बेल लैब्स में विकसित किया गया था। 1970 के दशक के मध्य तक, 1970 के दशक के अंत में पहले भाषण सिंथेसाइज़र डीएसपी चिप्स का आधार बन गया।[17] असतत कोसाइन ट्रांसफ़ॉर्म (DCT) को पहली बार 1970 के दशक की शुरुआत में N. अहमद द्वारा प्रस्तावित किया गया था, और तब से DSP चिप्स में व्यापक रूप से लागू किया गया है, जिसमें कई कंपनियां DCT तकनीक पर आधारित DSP चिप्स विकसित कर रही हैं। डीसीटी का व्यापक रूप से एन्कोडिंग , डिकोडिंग, वीडियो कोडिंग , ऑडियो कोडिंग , बहुसंकेतन , कंट्रोल सिग्नल, संकेतन , एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण , स्वरूपण चमक और रंग अंतर, और रंग प्रारूप जैसे YUV 444 और YUV411 के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। डीसीटी का उपयोग गति अनुमान , गति क्षतिपूर्ति, इंटर-फ्रेम भविष्यवाणी, परिमाणीकरण (सिग्नल प्रोसेसिंग) , अवधारणात्मक भार, एन्ट्रापी एन्कोडिंग , चर एन्कोडिंग, और गति वैक्टर जैसे एन्कोडिंग कार्यों के लिए भी किया जाता है, और विभिन्न रंगों के बीच उलटा संचालन जैसे डिकोडिंग संचालन के लिए भी उपयोग किया जाता है। प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए प्रारूप (YIQ , YUV और RGB )। डीसीटी का उपयोग आमतौर पर हाई-डेफिनिशन टेलीविजन (एचडीटीवी) एन्कोडर/डिकोडर चिप्स के लिए भी किया जाता है।[18]
विकास
1976 में, रिचर्ड विगिन्स ने टेक्सस उपकरण की डलास अनुसंधान सुविधा में स्पीक एंड स्पेल (खिलौना) | स्पीक एंड स्पेल अवधारणा को पॉल ब्रीडलोव, लैरी ब्रैंटिंघम और जीन फ्रांट्ज़ को प्रस्तावित किया। दो साल बाद 1978 में, उन्होंने पहली स्पीक एंड स्पेल का निर्माण किया, जिसमें तकनीकी केंद्रबिंदु TMS5100 था,[19] उद्योग का पहला डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर। इसने अन्य मील के पत्थर भी स्थापित किए, भाषण संश्लेषण करने के लिए रैखिक भविष्य कहनेवाला कोडिंग का उपयोग करने वाली पहली चिप होने के नाते।[20] चिप को 10 माइक्रोन प्रक्रिया के साथ संभव बनाया गया था|7 µm PMOS लॉजिक सेमीकंडक्टर डिवाइस फैब्रिकेशन।[21] 1978 में, अमेरिकी माइक्रोसिस्टम्स (AMI) ने S2811 जारी किया।[3][4]एएमआई एस2811 सिग्नल प्रोसेसिंग पेरिफेरल, जैसे बाद के कई डीएसपी, में एक हार्डवेयर गुणक है जो इसे एक ही निर्देश में गुणा-संचय संचालन करने में सक्षम बनाता है।[22] एस2281 पहली एकीकृत सर्किट चिप थी जिसे विशेष रूप से डीएसपी के रूप में डिजाइन किया गया था, और वीएमओएस (वी-ग्रूव एमओएस) का उपयोग करके बनाया गया था, एक ऐसी तकनीक जो पहले बड़े पैमाने पर उत्पादित नहीं हुई थी।[4]इसे मोटोरोला 6800 के लिए माइक्रोप्रोसेसर परिधीय के रूप में डिजाइन किया गया था।[3]और इसे होस्ट द्वारा इनिशियलाइज़ किया जाना था। S2811 बाजार में सफल नहीं रहा।
1979 में, इंटेल ने 2920 को एनालॉग सिग्नल प्रोसेसर के रूप में जारी किया।[23] इसमें आंतरिक सिग्नल प्रोसेसर के साथ ऑन-चिप एडीसी/डीएसी था, लेकिन इसमें हार्डवेयर गुणक नहीं था और बाजार में सफल नहीं था।
1980 में, पहला स्टैंड-अलोन, पूर्ण डीएसपी - निप्पॉन इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशन के एनईसी μPD7720 और एटी एंड टी कॉर्पोरेशन | एटी एंड टी के एटी एंड टी डीएसपी 1 - को अंतर्राष्ट्रीय सॉलिड-स्टेट सर्किट सम्मेलन '80 में प्रस्तुत किया गया था। दोनों प्रोसेसर लोगों द्वारा टेलीफोन नेटवर्क काटा गया (पीएसटीएन) दूरसंचार में अनुसंधान से प्रेरित थे। वॉयसबैंड अनुप्रयोगों के लिए पेश किया गया μPD7720, व्यावसायिक रूप से सबसे सफल शुरुआती डीएसपी में से एक था।[3]
Altamira DX-1 एक और प्रारंभिक DSP था, जो विलंबित शाखाओं और शाखा भविष्यवाणी के साथ क्वाड पूर्णांक पाइपलाइनों का उपयोग करता था।[citation needed] टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स (टीआई) द्वारा निर्मित एक और डीएसपी, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टीएमएस320 1983 में प्रस्तुत किया गया, जो और भी बड़ी सफलता साबित हुई। यह हार्वर्ड वास्तुकला पर आधारित था, और इसलिए अलग निर्देश और डेटा मेमोरी थी। इसमें पहले से ही एक विशेष निर्देश सेट था, जिसमें लोड-और-संचय या गुणा-और-संचय जैसे निर्देश थे। यह 16-बिट संख्याओं पर काम कर सकता है और मल्टीप्ली-ऐड ऑपरेशन के लिए 390 ns की आवश्यकता होती है। टीआई अब सामान्य प्रयोजन के डीएसपी में मार्केट लीडर है।
लगभग पांच साल बाद, डीएसपी की दूसरी पीढ़ी का प्रसार शुरू हुआ। दो ऑपरेंड को एक साथ स्टोर करने के लिए उनके पास 3 यादें थीं और तंग लूपों को तेज करने के लिए हार्डवेयर शामिल थे; उनके पास एक एड्रेसिंग यूनिट भी थी जो लूप-एड्रेसिंग में सक्षम थी। उनमें से कुछ 24-बिट चर पर संचालित होते हैं और एक विशिष्ट मॉडल को केवल MAC के लिए लगभग 21 ns की आवश्यकता होती है। इस पीढ़ी के सदस्य उदाहरण के लिए AT&T DSP16A या Motorola 56000 थे।
तीसरी पीढ़ी में मुख्य सुधार डेटा पथ में या कभी-कभी सहसंसाधक के रूप में अनुप्रयोग-विशिष्ट इकाइयों और निर्देशों की उपस्थिति थी। इन इकाइयों ने फूरियर-ट्रांसफॉर्म या मैट्रिक्स ऑपरेशंस जैसे बहुत विशिष्ट लेकिन जटिल गणितीय समस्याओं के प्रत्यक्ष हार्डवेयर त्वरण की अनुमति दी। कुछ चिप्स, जैसे Motorola MC68356, में समानांतर में काम करने के लिए एक से अधिक प्रोसेसर कोर भी शामिल थे। 1995 के अन्य डीएसपी TI TMS320C541 या TMS 320C80 हैं।
चौथी पीढ़ी को निर्देश सेट में परिवर्तन और निर्देश एन्कोडिंग/डिकोडिंग द्वारा सबसे अच्छी विशेषता है। SIMD एक्सटेंशन जोड़े गए, और VLIW और सुपरस्केलर आर्किटेक्चर दिखाई दिए। हमेशा की तरह, घड़ी की गति में वृद्धि हुई है; एक 3 एनएस मैक अब संभव हो गया है।
आधुनिक डीएसपी
आधुनिक सिग्नल प्रोसेसर अधिक प्रदर्शन देते हैं; यह कुछ हद तक तकनीकी और वास्तुशिल्प दोनों तरह की प्रगति के कारण है जैसे कि कम डिज़ाइन नियम, तेज़-पहुँच दो-स्तरीय कैश, (ई) डायरेक्ट मेमोरी एक्सेस सर्किटरी और एक व्यापक बस सिस्टम। सभी डीएसपी समान गति प्रदान नहीं करते हैं और कई प्रकार के सिग्नल प्रोसेसर मौजूद हैं, उनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट कार्य के लिए बेहतर अनुकूल है, जिसकी कीमत लगभग यूएस $ 1.50 से यूएस $ 300 तक है।
टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स TMS320C6000 श्रृंखला DSPs का उत्पादन करता है, जिनकी घड़ी की गति 1.2 गीगाहर्ट्ज़ है और अलग निर्देश और डेटा कैश लागू करते हैं। उनके पास 8 MiB 2nd लेवल कैश और 64 EDMA चैनल भी हैं। शीर्ष मॉडल 8000 MIPS (प्रति सेकंड लाखों निर्देश ) में सक्षम हैं, VLIW (बहुत लंबा निर्देश शब्द ) का उपयोग करते हैं, प्रति घड़ी-चक्र में आठ ऑपरेशन करते हैं और बाहरी बाह्य उपकरणों और विभिन्न बसों (PCI) की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ संगत हैं। / धारावाहिक / आदि)। TMS320C6474 चिप्स में से प्रत्येक में तीन ऐसे DSP होते हैं, और नवीनतम पीढ़ी के C6000 चिप्स फ्लोटिंग पॉइंट के साथ-साथ फिक्स्ड पॉइंट प्रोसेसिंग का समर्थन करते हैं।
फ्रीस्केल एक बहु-कोर डीएसपी परिवार, MSC81xx का उत्पादन करता है। MSC81xx StarCore आर्किटेक्चर प्रोसेसर पर आधारित है और नवीनतम MSC8144 DSP चार प्रोग्रामेबल SC3400 StarCore DSP कोर को जोड़ती है। प्रत्येक SC3400 StarCore DSP कोर की घड़ी की गति 1 GHz है।
एक्सएमओएस प्रोसेसर की एक मल्टी-कोर मल्टी-थ्रेडेड लाइन तैयार करता है जो डीएसपी संचालन के लिए उपयुक्त है, वे 400 से 1600 एमआईपीएस तक की विभिन्न गति में आते हैं। प्रोसेसर में एक बहु-थ्रेडेड आर्किटेक्चर होता है जो प्रति कोर 8 रीयल-टाइम थ्रेड्स की अनुमति देता है, जिसका अर्थ है कि 4 कोर डिवाइस 32 रीयल टाइम थ्रेड्स का समर्थन करेगा। थ्रेड एक दूसरे के बीच बफ़र किए गए चैनलों के साथ संचार करते हैं जो 80 Mbit/s तक की क्षमता रखते हैं। डिवाइस सी में आसानी से प्रोग्राम करने योग्य हैं और पारंपरिक माइक्रो-कंट्रोलर और एफपीजीए के बीच की खाई को पाटने का लक्ष्य रखते हैं।
CEVA, Inc. DSP के तीन अलग-अलग परिवारों का उत्पादन और लाइसेंस करता है। शायद सबसे प्रसिद्ध और सबसे व्यापक रूप से तैनात CEVA-TeakLite DSP परिवार है, जो एक क्लासिक मेमोरी-आधारित आर्किटेक्चर है, जिसमें 16-बिट या 32-बिट शब्द-चौड़ाई और सिंगल या डुअल मल्टीप्ली-संचय ऑपरेशन है। CEVA-X DSP परिवार VLIW और SIMD आर्किटेक्चर का संयोजन प्रदान करता है, जिसमें परिवार के विभिन्न सदस्य दोहरे या क्वाड 16-बिट MAC की पेशकश करते हैं। सीईवीए-एक्ससी डीएसपी परिवार सॉफ्टवेयर-परिभाषित रेडियो | सॉफ्टवेयर-परिभाषित रेडियो (एसडीआर) मॉडम डिजाइन को लक्षित करता है और 32 16-बिट मैक के साथ वीएलआईडब्ल्यू और वेक्टर आर्किटेक्चर के एक अद्वितीय संयोजन का लाभ उठाता है।
एनालॉग डिवाइस ेस सुपर हार्वर्ड आर्किटेक्चर सिंगल-चिप कंप्यूटर -आधारित डीएसपी का उत्पादन करते हैं और प्रदर्शन में 66 मेगाहर्ट्ज/198 एमएफएलओपीएस (मिलियन फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस प्रति सेकेंड) से 400 मेगाहर्ट्ज/2400 एमएफएलओपीएस तक रेंज करते हैं। कुछ मॉडल एकाधिक द्विआधारी गुणक ों और अंकगणित तर्क इकाइयों, एकल निर्देश, एकाधिक डेटा निर्देश और ऑडियो प्रोसेसिंग-विशिष्ट घटकों और बाह्य उपकरणों का समर्थन करते हैं। एम्बेडेड डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर का Blackfin परिवार एक सामान्य उपयोग प्रोसेसर के साथ डीएसपी की विशेषताओं को जोड़ता है। नतीजतन, ये प्रोसेसर वास्तविक समय डेटा पर काम करते हुए μCLinux, वेग और न्यूक्लियस आरटीओएस जैसे सरल ऑपरेटिंग सिस्टम चला सकते हैं।
एनएक्सपी सेमीकंडक्टर्स ऑडियो और वीडियो प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित ट्राईमीडिया (मीडियाप्रोसेसर) वीएलआईडब्ल्यू तकनीक पर आधारित डीएसपी का उत्पादन करते हैं। कुछ उत्पादों में डीएसपी कोर सिस्टम-ऑन-अ-चिप में फिक्स्ड-फंक्शन ब्लॉक के रूप में छिपा होता है, लेकिन एनएक्सपी लचीले सिंगल कोर मीडिया प्रोसेसर की एक श्रृंखला भी प्रदान करता है। ट्राईमीडिया मीडिया प्रोसेसर फिक्स्ड-पॉइंट अंकगणित और साथ ही फ्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित दोनों का समर्थन करते हैं, और जटिल फिल्टर और एन्ट्रापी कोडिंग से निपटने के लिए विशिष्ट निर्देश हैं।
सीएसआर पीएलसी एसओसी के क्वाट्रो परिवार का उत्पादन करता है जिसमें स्कैनर और कॉपियर अनुप्रयोगों के लिए दस्तावेज़ छवि डेटा को संसाधित करने के लिए अनुकूलित एक या अधिक कस्टम इमेजिंग डीएसपी शामिल हैं।
माइक्रोचिप प्रौद्योगिकी डीएसपी की पीआईसी24 आधारित डीएसपीआईसी लाइन का उत्पादन करती है। 2004 में पेश किया गया, dsPIC को उन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जिन्हें tr . की आवश्यकता होती हैue डीएसपी के साथ-साथ एक सच्चे microcontroller , जैसे मोटर नियंत्रण और बिजली आपूर्ति में। dsPIC 40MIPS तक चलता है, और इसमें 16 बिट फिक्स्ड पॉइंट MAC, बिट रिवर्स और मोडुलो एड्रेसिंग, साथ ही DMA का समर्थन है।
अधिकांश डीएसपी फिक्स्ड-पॉइंट अंकगणित का उपयोग करते हैं, क्योंकि वास्तविक दुनिया सिग्नल प्रोसेसिंग में फ्लोटिंग पॉइंट द्वारा प्रदान की गई अतिरिक्त रेंज की आवश्यकता नहीं होती है, और कम हार्डवेयर जटिलता के कारण एक बड़ा गति लाभ और लागत लाभ होता है। फ़्लोटिंग पॉइंट डीएसपी उन अनुप्रयोगों में अमूल्य हो सकते हैं जहां एक विस्तृत गतिशील रेंज की आवश्यकता होती है। उत्पाद डेवलपर्स अधिक महंगे हार्डवेयर के बदले सॉफ्टवेयर विकास की लागत और जटिलता को कम करने के लिए फ्लोटिंग पॉइंट डीएसपी का उपयोग कर सकते हैं, क्योंकि फ्लोटिंग पॉइंट में एल्गोरिदम को लागू करना आम तौर पर आसान होता है।
आम तौर पर, डीएसपी समर्पित एकीकृत सर्किट होते हैं; हालांकि डीएसपी कार्यक्षमता को क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला ऐरे चिप्स (एफपीजीए) का उपयोग करके भी तैयार किया जा सकता है।
एंबेडेड सामान्य-उद्देश्य RISC प्रोसेसर कार्यक्षमता की तरह तेजी से DSP बनते जा रहे हैं। उदाहरण के लिए, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स OMAP प्रोसेसर में एआरएम कोर्टेक्स-ए8 8 और सी 6000 डीएसपी शामिल हैं।
संचार में डीएसपी की एक नई नस्ल डीएसपी कार्यों और एच / डब्ल्यू त्वरण समारोह दोनों के संलयन की पेशकश कर रही है जो मुख्यधारा में अपना रास्ता बना रही है। ऐसे मॉडेम प्रोसेसर में ASOCS ModemX और CEVA का XC4000 शामिल है।
मई 2018 में, चीन इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी समूह के नानजिंग रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी द्वारा डिजाइन किए गए हुआरुई -2 ने स्वीकृति पारित की। 0.4 टीएफएलओपीएस की प्रसंस्करण गति के साथ, चिप वर्तमान मुख्यधारा के डीएसपी चिप्स की तुलना में बेहतर प्रदर्शन प्राप्त कर सकता है।[24] डिज़ाइन टीम ने Huarui-3 बनाना शुरू कर दिया है, जिसमें TFLOPS स्तर पर प्रसंस्करण गति और कृत्रिम बुद्धिमत्ता का समर्थन है।[25]
यह भी देखें
- डिजिटल सिग्नल नियंत्रक
- ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग युनिट
- चिप पर सिस्टम
- हार्डवेयर एक्सिलरेशन
- विजन प्रोसेसिंग यूनिट
- एमडीएसपी - एक मल्टीप्रोसेसर डीएसपी
- ओपनसीएल
संदर्भ
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