Tizimlar va signallarni qayta ishlash fanidan mustaqil ish

MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT
AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITET
SUN’IY INTELEKT KAFEDRASI
TIZIMLAR VA SIGNALLARNI QAYTA ISHLASH FANIDAN

MUSTAQIL ISH
MAVZU: Signallarga raqamli ishov berish tizimilari arxitekturasi
Bajardi: Zafar Kamolov
Guruh: 416-19
Tekshirdi: Jo’rayev U.

Toshkent-2021
Reja
1.Raqamli signal protsessori.
2.Signallarga raqamli ishlov berish tizimlarining dasturiy arxitekturasi.
3. Qurilma arxitekturasi.
4.Zamonaviy tizmilarning arxitekturasi.
Signallarga raqamli ishov berish tizimilari haqida so’z borganda birinchi navbatda Raqamli signal protsessori (Digital Signal Processor) eslanadi. Raqamli signal protsessori (DSP) ixtisoslashtirilgan mikroprotsessor chipi bo'lib, uning arxitekturasi raqamli signallarni qayta ishlashning operatsion ehtiyojlari uchun optimallashtirilgan bo’ladi. DSP'lar MOS integral mikrosxemasida ishlab chiqariladi. Ular audio signallarni qayta ishlash, telekommunikatsiya, raqamli tasvirni qayta ishlash, radar, sonar va nutqni aniqlash tizimlarida hamda mobil telefonlar, disk drayvlar va yuqori aniqlikdagi televizor (HDTV) mahsulotlari kabi umumiy isteʼmolchi elektron qurilmalarida keng qoʻllaniladi. [1]
Raqamli signal protsessorining vazifasi odatda doimiy haqiqiy analog signallarni o'lchash, filtrlash yoki siqishdir. Aksariyat umumiy maqsadli mikroprotsessorlar raqamli signallarni qayta ishlash algoritmlarini ham muvaffaqiyatli bajarishi mumkin, lekin real vaqt rejimida bunday qayta ishlashni doimiy ravishda bajara olmasligi mumkin. Shuningdek, ajratilgan Raqamli signal protsessorlari odatda yaxshi quvvat samaradorligiga ega, shuning uchun ular quvvat sarfi cheklovlari tufayli mobil telefonlar kabi portativ qurilmalarda ko'proq mos keladi. Raqamli signal protsessori ko'pincha bir vaqtning o'zida bir nechta ma'lumotlarni yoki ko'rsatmalarni olishga qodir bo'lgan maxsus xotira arxitekturasidan foydalanadi. Raqamli signal protsessorilari ko'pincha ma'lumotlarni siqish texnologiyasini ham qo'llaydilar, bunda diskret kosinus transformatsiyasi (DCT) ayniqsa Raqamli signal protsessorilarda keng qo'llaniladigan siqish texnologiyasidir. [2]
Raqamli signalni qayta ishlash algoritmlari, odatda, bir qator ma'lumotlar namunalarida tez va qayta-qayta bajarilishi uchun ko'p sonli matematik operatsiyalarni talab qiladi. Signallar (ehtimol audio yoki video datchiklardan) doimiy ravishda analogdan raqamliga aylantiriladi, raqamli manipulyatsiya qilinadi va keyin yana analog shaklga aylantiriladi. Ko'pgina Raqamli signal protsessori ilovalarida kechikish bo'yicha cheklovlar mavjud; ya'ni tizim ishlashi uchun Raqamli signal protsessori operatsiyasi ma'lum vaqt ichida bajarilishi kerak va kechiktirilgan (yoki to'dali) ishlov berish maqsadga muvofiq emas.


Oddiy raqamli ishlov berish tizimi

Signallarga raqamli ishlov berish tizimlari arxitekturasi raqamli signallarni qayta ishlash uchun maxsus optimallashtirilgan. Aksariyat dasturlar protsessor yoki mikrokontroller sifatida ba'zi xususiyatlarni qo'llab-quvvatlaydi, chunki signalni qayta ishlash kamdan-kam hollarda tizimning yagona vazifasi hisoblanadi.

Ko’p maqsadli protsessorlar standartlariga ko'ra, Signallarga raqamli ishlov berish tizimlari ko'rsatmalar to'plamlari odatda juda tartibsizdir; an'anaviy ko'rsatmalar to'plamlari ko'proq turli xil operatsiyalarni bajarishga imkon beruvchi umumiy ko'rsatmalardan iborat bo'lsa, raqamli signallarni qayta ishlash uchun optimallashtirilgan ko'rsatmalar to'plamlari raqamli signal protsessori hisoblarida tez-tez uchraydigan umumiy matematik operatsiyalar uchun ko'rsatmalarni o'z ichiga oladi. An'anaviy va optimallashtirilgan ko'rsatmalar to'plami har qanday ixtiyoriy operatsiyani hisoblashi mumkin, ammo hisoblash uchun bir nechta ARM yoki x86 ko'rsatmalarini talab qilishi mumkin bo'lgan operatsiya DSP optimallashtirilgan ko'rsatmalar to'plamida faqat bitta ko'rsatmalarni talab qilishi mumkin. Dasturiy ta'minot arxitekturasining bir ta'siri shundan iboratki, qo'lda optimallashtirilgan yig'ish-kod tartiblari (yig'ish dasturlari) muhim algoritmlarni boshqarish uchun ilg'or kompilyator texnologiyalariga tayanish o'rniga, odatda qayta foydalanish uchun kutubxonalarga qadoqlanadi. Hatto zamonaviy kompilyator optimallashlarida ham qo'lda optimallashtirilgan yig'ish kodi samaraliroq va signallarga raqamli ishlov berish tizimlari hisob-kitoblarida ishtirok etadigan ko'plab umumiy algoritmlar me'moriy optimallashtirishlardan to'liq foydalanish uchun qo'lda yozilgan. [3]
Signallarga raqamli ishlov berish tizimlarining qurilma arxitekturasi quyidagilarni o’z ichiga oladi. Muhandislikda apparat arxitekturasi tizimning fizik komponentlarini va ularning oʻzaro aloqalarini aniqlashni bildiradi. Ko'pincha apparat dizayni modeli deb ataladigan ushbu tavsif apparat dizaynerlariga ularning tarkibiy qismlari tizim arxitekturasiga qanday mos kelishini tushunishga imkon beradi va dasturiy ta'minot komponentlari dizaynerlariga dasturiy ta'minotni ishlab chiqish va integratsiya qilish uchun zarur bo'lgan muhim ma'lumotlarni taqdim etadi. Uskuna arxitekturasining aniq ta'rifi turli xil an'anaviy muhandislik fanlariga (masalan, elektrotexnika va mashinasozlik) yangi mashinalar, qurilmalar va komponentlarni ishlab chiqish va ishlab chiqarish uchun yanada samarali ishlash imkonini beradi.
Raqamli signlar protsessorlari odatda ma'lumotlarni oqimlash uchun optimallashtiriladi va bir vaqtning o'zida bir nechta ma'lumotlar yoki ko'rsatmalarni olishga qodir bo'lgan maxsus xotira arxitekturasidan foydalanadi, masalan, Garvard arxitekturasi yoki Modifikatsiyalangan fon Neyman arxitekturasi, ular alohida dastur va ma'lumotlar xotiralaridan (ba'zan hatto bir vaqtning o'zida kirishda ham) foydalanadilar. bir nechta ma'lumotlar shinalari. Raqamli signlar protsessorlari ba'zan kesh ierarxiyasi va tegishli kechikishlar haqida bilish uchun qo'llab-quvvatlovchi kodga tayanishi mumkin. Bu yaxshi ishlash imkonini beruvchi kelishuvdir[aniqlik kerak]. Bundan tashqari, DMA dan keng foydalanish qo'llaniladi. To'g'ridan-to'g'ri xotiraga kirish ((Direct Memory Access)) - bu ma'lum apparat quyi tizimlariga markaziy protsessordan (CPU) mustaqil ravishda asosiy tizim xotirasiga (tasodifiy kirish xotirasiga) kirish imkonini beruvchi kompyuter tizimlarining xususiyati. Adreslash va virtual xotira arxitekturasi quyidagicha bo’ladi. Raqamli signlar protsessorlari tez-tez ko'p vazifali operatsion tizimlardan foydalanadilar, lekin virtual xotira yoki xotira himoyasini qo'llab-quvvatlamaydi. Virtual xotiradan foydalanadigan operatsion tizimlar jarayonlar o'rtasida kontekstni almashtirish uchun ko'proq vaqt talab qiladi, bu esa kechikishni oshiradi.

• 
  Uskuna modullarini manzillash
  
• 
  Dumaloq buferlarni o'rash uchun sinovdan o'tkazmasdan amalga oshirishga imkon beradi
  
• 
  Bit-teskari adreslash, maxsus adreslash rejimi
  
• 
  FFTlarni hisoblash uchun foydalidir
  
• 
  Xotirani boshqarish blokini istisno qilish
  
• 
  Manzil yaratish birligi [4]
  

Signallarga raqamli ishlov berish uchun va shu sohaga tegishlilar xabarlar nazariyasidan foydalanadilar. Jumladan signalni optimal qabul qilish nazariyasidan va ko’rinishini bilish nazariyalari kiradi. Bu jarayonda asosiy vazifasi birinchidan fondagi shovqinlarni va tabiatdagi turli xil tovush signallarini belgilaydi, ikkinchidan signallarni sinflanishini, tenglashtirish va avtomatik aniqlashdan iborat. Signallarga ishlov berishni tasirini quyidagi tehnologiyalarida ya’ni telekommunikatsiya , raqamli TV va ovoz yozish, biometrika, mobil aloqa va videosistemalarda kuzatishimiz mumkin. Bular asosan hisoblash qurilmalarida qo’llaniladi. Signallarga ishlov berishdan maqsad:
- Signal parametrlarini o’lchash yo’li, ob’ekt haqida malumot qabul qilish – amplituda, faza, chastota, spektr;
- Fondagi xalaqitlarni foydali belgilab olish;
- Signallarni siqish (kompressiya);
- Signal formatini o’zgartirish
Signallarga raqamli ishlov berish tizmlari arxitekturalaringing asosiy elementlari:
– D – analog signal ko’rsatkichi ;
– Filtr – past chastotali filtr ;
– ARO’ – analog raqamli o’zgartirgich ;
– SRIB – signallarga raqamli ishlov berish ;
– RAO’ – raqamli analog o’zgartirish ;
– OF – oxirgi foydalanuvchi ; [5]
Zamonaviy signal protsessorlarining samaradorligi ancha yuqori bo’ladi; Bu qisman quyi darajadagi dizayn va ikki qatlamli keshga tezkor murojaat hisobiga bo’ladi, (E)DMA sxemasi va kengroq shina tizimi kabi texnologik va arxitektura yutuqlari bilan bog'liq. Hamma raqamli signal tizimlari bir xil tezlikni ta'minlamaydi va ko'p turdagi signal protsessorlari mavjud, ularning har biri ma'lum bir vazifa uchun yaxshiroq mos keladi, narxi taxminan 1,50 dan 300 AQSh dollarigacha.
“Texas Instruments” 1,2 gigagertsli soat tezligiga ega bo'lgan va alohida ko'rsatmalar va ma'lumotlar keshlarini qo'llaydigan C6000 seriyali raqamli signal protsessorlarini ishlab chiqaradi. Shuningdek, ular 8 MiB 2-darajali kesh va 64 EDMA kanaliga ega. Eng yaxshi modellar 8000 MIPS (sekundiga millionlab ko'rsatmalar), VLIW (juda uzun ko'rsatma so'zi) dan foydalanishga qodir, har bir soat siklida sakkizta operatsiyani bajaradi va keng doiradagi tashqi atrof-muhit qurilmalari va turli avtobuslar (PCI) bilan mos keladi. /serial/va hokazo).Freescale MSC81xx ko'p yadroli DS raqamli signal tizmilari P oilasini ishlab chiqaradi. MSC81xx StarCore Architecture protsessorlariga asoslangan va eng so'nggi MSC8144 DSP to'rtta dasturlashtiriladigan SC3400 StarCore DSP yadrolarini birlashtiradi. Har bir SC3400 StarCore DSP yadrosi 1 gigagertsli soat tezligiga ega. [6]

Xulosa
Men ushbu mustaqil sihni bajarish davomida quyidagi xulosalarga ega bo’ldim. Analog va raqamli signallar haqidagi bilimlarimni oshirdim. Bugungi kunda tezkor rivojlanayotgan axborot kommunikatsiya texnologiyalarini jamiyatning barcha sohalarida qo’llash ayniqsa real vaqt tizimlarida, raqamli televedeniyada, videokonferensiyalarni tashkil etishda (audeo-video signallarni qayta ishlash), video kuzatuvlarni masofaga jo’natishda paydo bo’ladigan implusli pomexlarni filtirlash juda muhim sanaladi. Bunda Raqamli signallarni qayta ishlash, ularga ishlov berishga ehtiyoj seziladi. Ularning arxitekturasi esa qurilma to’g’ri va samarali ishlashida katta ahamiyat kasb etadi.