9.2. PROCESORY I UKŁADY LOGICZNE

  Klasyczne procesory nie są zasadniczo dostosowane do wymogów cyfrowej obróbki sygnałów - różnią się od procesorów sygnałowych architekturą, wyposażeniem w rejestry i zbiorami rozkazów. Konstrukcja procesorów sygnałowych jest dostosowana do wykonywania tej ściśle określonej grupy zadań dzięki czemu osiągają one znacznie wyższe szybkości przetwarzania.
    W odróżnieniu od rozpowszechnionej architektury Von Neumanna (charakteryzującej się wspólnym obszarem adresowym programu i danych), procesory sygnałowe wyposażone są w oddzielne szyny danych i rozkazów (a co za tym idzie oddzielne obszary adresowe), najczęściej 16- lub 32-bitowe a nieraz nawet szersze. Architektura ta znana jest pod nazwą architektury Harvard. W zależności od konstrukcji procesora sygnałowego rozróżnianych jest kilka wariantów architektury Harvard. W najprostszym przypadku oddzielne szyny służą do komunikacji jedynie z pamięcią wewnętrzną, a na zewnątrz wyprowadzona jest szyna kombinowana - jest to tzw. ograniczona archtektura Harvard. W najnowszych generacjach procesorów stosowana bywa także rozszerzona architektura Harvard: ze względu na to, że większość operacji wymaga wprowadzenia dwóch operandów, procesory wyposażone są nie w jedną, a w dwie niezależne szyny danych. Procesory sygnałowe zawierają dodatkowo wewnętrzne układy sumatorów, przesuwników i mnożące. Układy te zastępują mikroprogram odpowiedzialny za dekodowanie i wykonywanie rozkazów w zwykłych układach mikroprocesorów. Dzięki temu większość rozkazów może być wykonana w trakcie pojedyńczego cyklu sygnału zegarowego.
    Struktura wewnętrzna procesorów sygnałowych jest bardziej skomplikowana, a rozmiary obszarów adresowych - mniejsze niż w przypadku zwykłych procesorów. W wielu przypadkach pamięć robocza ma pojemność tylko kilku tysięcy słów. Dla zwiększenia szybkości pracy i zmniejszenia liczby połączeń zewnętrznych pamięć RAM, a także pamięć stała ROM (lub EPROM) jest scalona we wspólnym obwodzie z jednostką centralną CPU. W przypadku konieczności dołączenia pamięci zewnętrznej czasy dostępu do niej są dłuższe niż czasy dostępu do pamięci wewnętrznej nawet jeżeli na zewnątrz wyprowadzone są obie szyny występujące w architekturze Harvard. Z tego też powodu stosuje się często ładowanie programu (lub jego części) z zewnętrznej pamięci stałej EPROM do pamięci wewnętrznej. W wielu układach konieczne jest też użycie dodatkowego zwykłego mikroprocesora sterującego pracą procesora sygnałowego i obsługującego wskaźniki i elementy regulacyjne (klawiaturę, przełączniki).
    Mała (w porównaniu ze zwykłymi mikroprocesorami) pojemność pamięci nie powinna dziwić ponieważ większość algorytmów COS daje się przedstawić w stosunkowo prostej postaci. Jest to zresztą konieczne ze względu na ich dużą częstotliwość powtarzania. Algorytmy COS muszą być wykonywane cyklicznie dla każdej próbki.
    Dla przyspieszenia pracy jednostki centralne (ang. arithmetic logic unit - ALU) wyposażone są w większe ilości rejestrów, które mogą pełnić funkcje akumulatorów - tzn. zawierać zarówno dane wyjściowe jak i wyniki przeprowadzonych na nich operacji. Oprócz tego jednostki centralne zawierają dłuższe lub krótsze bufory dla rozkazów (bufory FIFO), pamięci buforowe (ang. cache) i przełącznikowe rejestry przesuwne (ang. barrel shifter). W przeciwieństwie do sposobu przesuwu danych spotykanym w klasycznych mikroprocesorach czy układach logicznych i polegającym na cyklicznym przesuwaniu o jeden bit stosowane tu jest łączenie pożądanych komórek (pozycji) przez przełącznik elektroniczny i przeładowanie wartości w trakcie pojedyńczego cyklu zegarowego. Często w skład wyposażenia jednostki centralnej wchodzą specjalne układy mnożące - operacje mnożenia i dzielenia są najbardziej czasochłonne i przyspieszenie ich daje zauważalne różnice w wypadkowej szybkości przetwarzania.
    Szybkości przetwarzania procesorów sygnałowych wynoszą od kilkudziesięciu do kilkuset milionów operacji na sekundę. Początkowo były to głównie procesory stałoprzecinkowe, obecnie przeważają procesory zmiennoprzecinkowe.
    Wiele typów procesorów wyposażonych jest w większą liczbę złączy pozwalających na łączenie ich w systemy wieloprocesorowe o strukturach dwu- i trójwymiarowych w postaci pierścieni, siatek czy komórek. Oddzielne złącza przeznaczone są do komunikacji ze sterującymi pracą systemu mikroprocesorami.
    Niektóre typy procesorów wyposażone są w przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe CODEC lub specjalne złącza do komunikacji z przetwornikami zewnętrznymi. Czasami spotyka się też wewnętrzne układy cyfrowych pętli synchronizacji fazy - PLL.
    Do najbardziej znanych producentów procesorów sygnałowych należą Analog Devices, Texas Instruments, Motorola, NEC i Philipps.