DSP

思考作业

2019-07-13 15:47发布

1. 了解微处理器的分类:通用CPU和嵌入式CPU

根据微处理器的应用领域,微处理器大致可分为三类:通用高性能微处理器(也称通用CPU),嵌入式微处理器和DSP处理器,嵌入式微控制器(后两种也有统称嵌入式CPU)
1.通用微处理器
通用微处理器一般指的是服务器用桌面计算用的CPU芯片
2.嵌入式微处理器和DSP处理器
  • 嵌入式微处理器(EMPU)
    由通用计算机中的CPU演变而来,主要特点是具有32位以上的处理器,具有比较高的性能,价格也比较高。
  • 嵌入式DSP处理器
    专门用于信号处理方面的处理器,其在结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令执行速率,主要用于在数字滤波,FFT,频谱分析等各种仪器上。
3.嵌入式微控制器(MCU)
典型代表是单片机,与DSP相比,单片机的处理速度较慢,也没有DSP具有的高速并行结构及指令,多总线,是为中,低端成本控制领域而设计开发的。

2. CPU的硬件设计基本基于两种结构,冯·诺依曼结构和哈佛结构(改进哈佛结构),重点去理解这些结构的特点。

冯·诺依曼结构
将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构,有以下几个关键概念
  • 计算机硬件有运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备五大部分组成
  • 数据和指令存储在单一的读写存储器中
  • 存储器的内容通过位置寻址,而不考虑它容纳的数据是什么
  • 以顺序的形式从一条指令到下一条指令来执行(跳转指令除外)
哈佛结构
将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。是一种并行体系结构,将程序和数据存储在不同的空间中,与两个存储器相对应的是系统的四条总线,可允许在一个机器周期内同时获得指令字和操作数,从而提高了执行速度,提高了数据的吞吐率。
改进型哈佛结构
仍使用两个独立的存储器模块,不同的是改进型哈佛结构具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线,利用公共地址总线访问两个存储模块,公共数据总线用来完成两个存储模块与cpu之间的数据传输,两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。
体系结构与采用的独立与否的总线无关,与指令空间和数据空间的分开独立与否有关

3. 通过查资料,重点理解CISC和RISC,什么是CISC,什么是RISC,都有什么特点,其典型产品代表有哪些?

CISC
复杂指令集(英文:Complex Instruction Set Computing;缩写:CISC)是一种微处理器指令集架构,每个指令可执行若干低阶操作,诸如从内存读取、储存、和计算操作,全部集于单一指令之中。与之相对的是精简指令集。
复杂指令集的特点是指令数目多而复杂,每条指令字长并不相等,并为此付出了性能的代价。
在精简指令集处理器发迹以前,许多电脑架构尝试跨越“语义鸿沟”──设计出借由提供“高阶”指令支援高阶编程语言的指令集,诸如程序调用和返回,循环指令诸如“若非零则减量和分支”和复杂寻址模式以允许数据结构和阵列存取以结合至单一指令。与复杂指令集相比,精简指令集实现更容易,指令并行执行程度更好,编译器的效率更高。
属于复杂指令集的处理器有CDC 6600、System/360、VAX、PDP-11、Motorola 68000家族、x86等。
RISC
精简指令集计算(英语:reduced instruction set computing,缩写:RISC)或简译为精简指令集,是计算机中央处理器的一种设计模式。这种设计思路对指令数目和寻址方式都做了精简,使其实现更容易,指令并行执进程度更好,编译器的效率更高。 精简指令集设计中常见的特征
  • 统一指令编码(例如,所有指令中的op-code永远位于同样的比特位置、等长指令),可快速解译:
  • 泛用的寄存器,所有寄存器可用于所有内容,以及编译器设计的单纯化(不过寄存器中区分了整数和浮点数);
  • 单纯的寻址模式(复杂寻址模式以简单计算指令序列取代);
  • 硬件中支持少数数据类型(例如,一些CISC电脑中存有处理字节字符串的指令。这在RISC电脑中不太可能出现)。
目前常见的精简指令集微处理器包括DEC Alpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、Power Architecture(包括PowerPC、PowerXCell)和SPARC等。