Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 70
Текст из файла (страница 70)
М. Фраиковича. вания' метрики целей и уменьшения объема и скорости поступления данных в СОД. Аппаратурное устройство вторичной обработки может включать набор блоков, каждый из которых выполняет определенную функцию. Однако в последнее время все чаще используются программируемые устройства, что позволяет реализовать различные алгоритмы обработки, пользуясь одним и тем же оборудованием. Часто в сложных радиолокационных системах приходится применять целый набор взаимосвязанных алгоритмов, поэтому в качестве устройства вторичной обработки желательно иметь небольшую, но быстродействующую универсальную вычислительную машину. В данном разделс будут рассмотрены программируемые устройства вторичной обработки; будут приведены характеристики серийно выпускаемых, а также специально разработанных устройств.
В настоящее время имеется множество универсальных мини- ЭВМ, оперирующих с малоразрядными словами (обычно 1б бит), которые~ могут выполнять команды с частотой — 1 МГц. В некоторых системах они довольно успешно применялись, так как для задач обработки сигналов не требуется большая длина слов. Было создано также несколько универсальных мини-ЭВМ, специально предназначенных для обработки сигналов, в которых на базе микросхем эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) или транзисторно- транзисторной логики (ТТЛ) с диодами Шоттки частота выполнения команд была доведена до 10 МГц. Ключевым моментом при разработке таких машин является создание быстродействующего умножителя, так как операция умножения используется во многих алгоритмах обработки. Однако высокое быстродействие должно быть обеспечено также и по вводу-выводу, поскольку через систему вторичной обработки проходит большой объем данных.
Кроме того, разработаны многопроцессорные машины с процессорами, подключенными к общей шине, которые можно использовать для вычисления пика амплитуды и обеспечения ввода-вывода, разгрузив таким образом систему обработки данных [23]. Ниже некоторые из перечисленных вычислительных машин будут рассмотрены подробнее. В последние годы началось серийное производство вычислительных машин, предназначенных специально для обработки сигналов. Кроме того, были разработаны машины, предназначенные для военных и научно-исследовательских целей.
Все эти машины используют малоразрядные слова, но каждая из них имееи свою особую структуру, которая выбиралась таким образом, чтобы добиться в каждом конкретном случае максимально возможной скорости вычислений за счет жесткой синхронизации работы блоков памяти и арифметических устройств. Серийное производство вычислительных машин для' обработки сигналов было начато в конце бО-х годов.
Использование в них 328 Глава о 'йервых ТТЛ-микросхем памяти средней интеграции~ и логики малой интеграции позволило уменьшить длину тактового интервала до 300 нс. Объем памяти, которую можно было. собрать на этих микросхемах, ограничен, поэтому для ее расширения использовались ферритовые кубы.
За счет специальной организации прохождения данных и команд через блоки быстродействующей памяти обработка сигналов выполнялась значительно быстрее, чем па обычных универсальных мини-ЭВМ. Важной характерной особенностью этих машин было включение в их структуру файла регистров хранения (содержащего до 32 и более регистров) в микросхемном исполнении ~[17], что позволяло оперировать с большим числом операндов, не пересылая их в основную память и обратно. Из вышеизложенного видно, каким образом первые микросхемы средней интеграции начали использоваться для обработки сигналов. В последние годы разработка универсальных вычислительных машин развивалась в направлении использования новых микросхем еще более высокого уровня интеграции.
Кроме того, структурно машины разбивались на несколько блоков, что позволяло ускорить выполнение операций за счет распараллеливания. Так, например, в одной из последних вычислительных машин [1] пересылка данных обеспечивается блоком ввода-вывода, а для выполнения операций используются два блока — арифметический и индексный. В арифметическом блоке производятся вычисления, относящиеся к фильтрации или вторичной обработке. Назначением индексного блока является управление пересылками данных в пределах отдельных небольших блоков оперативной памяти с произвольным доступом (ОЗУ) и постоянной памяти (ПЗУ), собранных на микросхемах и содержащих некоторые программы и массивы данных. Арифметический блок имеет поточную побайтную (а не пословную) структуру, выбранную для того, чтобы согласовать требования к быстродействию и объему оборудования.
Вся логика собрана на ТТЛ-микросхемах с диодами Шоттки. Для такой вычислительной машины время выполнения базовой операции БПФ по основанию 2 равно 1 мкс, причем одновременно осуществляется ввод-вывод. В другой серийно выпускаемой вычислительной машине это время составляет '/~ мкс. ЭСЛ-микросхемы логики и памяти средней интеграции были созданы несколько позднее аналогичных микросхем серии ТТЛ.
Первые вычислительные машины, в которых они использовались, были в основном мощными или сверхмощными с очень высоким быстродействием [43]. Такие машины приходилось строить на дискретных компонентах и ЭСЛ-микросхемах малой интеграции; позже стали использоваться микросхемы средней и большой интеграции. Интересно отметить, что эти сверхмощные вычислительные машины, так же как и первые машины для обработки сигналов, относились к числу ЭВМ с последовательным выполнением Применение ЦОС в радиолокации 329 команд и последовательной обработкой данных, в которых высокая производительность достигалась глав вным о разом за счет быстродействия и высокого уровня интегра еграции применяемых компонент, а также благодаря некоторым усо усовершенствованиям в общеи организации вычислительного про е В б р цесса.
олее поздних вычислительных машинах для обработки ки сигналов команды обработки начали разделять таким образом б м, что ы организовать одновременное выполнение нескольких коман к манд; так, выполнение управляющих команд программы было перенесено на оп ный уп авляю ий п о е несено на дополнительу р щий процессор, работающий одновременно с арифметическим процессором. В быстродействующем цифровом процессоре РВР (1-'аз1 01д1 1а1 Ргосеззог), разработанном в лаборато Л атории инкольна Массачусетского технологического института и а и предназначенном для научных исследований, был использован д другои подход к обеспечению высокой производительности при обр б ра отке сигналов [15] ". За счет четырехкратного распараллелива ния в арифметическом устроистве и соответствующей организа и ЗУ ции данных с параллельным доступом была создана вычислите тельная машина с последовательным выполнением команд но с па с параллельной обработкой данных, которая позволяла при решении з и задач о работки снгнаб б лов достичь исключительно высокого для м ЭВМ б ствия.
Собранный главным образом на логических ЭСЛ-микросхемах малого уровня интеграции и микросхем . емах памяти этой же серии средней интеграции процессор ГОР м имеет время выполнения команды 150 нс. Однако вследствие прим применения выпускавшихся в то время микросхем серии ЭСЛ 11 и не б и нео ходимости распараллеливания арифметических операций размер еры этои машины оказались довольно большими. В следующеи, более поздней разработке лаборатории Линколь- 4 на — цифровой вычислительной машине для иссле о исследования звуков [ ], также предназначенной для решения зад б б адач о ра отки сигналов,— были широко использованы ЭСЛ-м тег а ии.
Э -микросхемы средней ина создана главным обтеграции. та вычислительная машина была созда р льном времени, однако разом для анализа речевых сигналов в реально после соответствующей модификации ее ока казалось возможным использовать и для обработки радиолокацион ц нных сигналов. Она имес одновременным обрает раздельные ОЗУ данных и программ с одно щением к ним, собранные на ЭСЛ-микросхемах бо хемах ольшой интеграции; среднее время выполнения команд равняетс 55 .
К няется, нс. Команды и данные обрабатываются последовательно ЭВМ имеет быстродеиствующий умпожитель, построенный н ЭСЛ-. а -микросхемах среднеи интеграции, а также специальный набор на ор команд, обеспечива- " ПодРобна этот пРоцессор опнсан в книге Л рв~ и пРименение цифровои обработки сигналов» М а инера и Б. Го л а «Т Б. у д Теория ». — .: ир, 1978. — Прим. перев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
