Mikroprocesory i procesory sygnałowe

Prezentacja na temat: "Mikroprocesory i procesory sygnałowe"— Zapis prezentacji:

1 Mikroprocesory i procesory sygnałowe
cz. I – Procesory „klasyczne” Historia procesorów, porównanie procesorów CISC i RISC Model programowy procesorów Intel x86. Koprocesor. Rozszerzenia MMX, SIMD Architektury von Neumanna, Harvard Rodziny procesorów: VLIW, EPIC, ARM, PowerPC, MIPS cz. II – Procesory sygnałowe Jednostki obliczeniowe stało- i zmiennoprzecinkowe Specjalizowane jednostki MAC, SHIFTER, DAG Mechanizmy programowe procesora DSP, konstrukcja podstawowych algorytmów, optymalizacja kodu Typowe algorytmy przetwarzania sygnałów: Transformata Fouriera, Filtry cyfrowe, Zagadnienia sztucznej inteligencji Budowa i elementy składowe systemu mikroprocesorowego.

2 Warunki uzyskania zaliczenia:
Obecność na ćwiczeniach (maksymalnie 2 nieusprawiedliwione nieobecności) Pozytywna ocena z ćwiczeń (w tym 2 prace kontrolne) Obecność na laboratoriach i wykonanie pełnego zestawu ćwiczeń (sprawozdania oceniane indywidualnie).

3 Literatura i materiały:
G.Syck, Turbo Assembler. Biblia Użytkownika, LT&P, Warszawa 1994 J.Scanlon, Assembler 80286/80386 J.Biernat, Architektura komputerów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1999 J.Grabowski, S. Koślarz, Podstawy i praktyka programowania mikroprocesorów, WNT, Warszawa, 1987 A. Niederliński, Mikroprocesory, mikrokomputery, mikrosystemy, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa, 1991 P.Metzger, Anatomia PC, Helion C.Marven,G.Ewers, Zarys cyfrowego przetwarzania Sygnałów, WKŁ, Warszawa, 1999 Czasopisma specjalistyczne i popularnonaukowe Podręczniki i materiały firmowe („Data Sheets”, „Programming Manuals”, „Application Notes”) do omawianych procesorów Książki dotyczące podstaw cyfrowego przetwarzania sygnałów – wybrane rozdziały

4 Wykład 1 Przetwarzanie sygnałów analogowych przez system cyfrowy

5 Cyfrowa reprezentacja sygnałów analogowych:
systemy liczenia: binarny i szesnastkowy liczby rzeczywiste stałoprzecinkowe i zmiennoprzecinkowe podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne procesorów

6 System dziesiętny System binarny
Cyfry mogą przyjmować dziesięć różnych wartości: 0,1..9 12 = 2*1 + 1*10 = 2* * * 012 = 2* * * = 12 System binarny Cyfry mogą przyjmować tylko jedną z dwóch wartości: 0 lub 1 1100b = 0* * *22 + 1* = 0* * *4 + 0*8 = 12 (dec) 

7 System binarny Minimalna liczba w zapisie binarnym dla słowa 4-bitowego wynosi: 0000b = 0* * *22 + 0*23 = 0 (dec) ... natomiast maksymalna: 1111b = 1* * *22 + 1*23 = 1* * *4 + 1*8 = 15 (dec) Dla słów 8 bitowych (bajtów) zakres ten wynosi odpowiednio: minimum : b = 0 maksimum: b = 255

8 Zapis liczb ujemnych – system uzupełnień do jedynki (U1)
LICZBY UJEMNE MAJĄ ZAMIENIONE WSZYSTKIE BITY NA PRZECIWNE b = +12 b = -12 -         najbardziej znaczący bit (pierwszy z lewej) oznacza znak liczby: 0 –liczba dodatnia, 1 – liczba ujemna Uwaga 1: Liczba zero może mieć znak ! b = +0 b = -0 Uwaga 2: Zakres liczb ulega zmianie z na ,+0,

9 Zapis liczb ujemnych – system uzupełnien do dwóch (U2)
LICZBĘ UJEMNĄ ZAPISUJE SIĘ W SYSTEMIE U2 ZAPISUJĄC JEJ WARTOŚĆ BEZWZGLĘDNĄ W POSTACI BINARNEJ, PO CZYM ZAMIENIAJĄC WSZYSTKIE BITY NA PRZECIWNE (U1) ORAZ DODAJĄC LICZBĘ „1” przykład: zapis liczby –12 w systemie U2: zapis binarny wartości bezwzględnej liczby (bez znaku) zamiana wszystkich bitów na przeciwne (U1) dodanie liczby 1 ( b) (dec) = b 2     b b ========== b = -12 Specjalny wskaźnik N (Negacji) zostanie ustawiony N=1 (jest to kopia bitu 7 wyniku)

10 Zapis liczb ujemnych – system uzupełnien do dwóch (U2)
... i odwrotnie: WARTOŚĆ BEZWZGLĘDNĄ LICZBY UJEMNEJ OBLICZA SIĘ ZAMIENIAJĄC WSZYSTKIE BITY NA PRZECIWNE (U1) A NASTEPNIE DODAJĄC LICZBĘ „1” b = -12 2.              b 3.              b ========== b = +12 Sprawdzenie czy (-12) = 0 ???   +12 (dec) = b -12 (dec) = b + ===================== b = 0 !!!  wskaźnik C=1 (Carry) Uwaga ! System ten jest najczęściej używany w praktyce ze względu na prostotę przeprowadzania operacji arytmetycznych.

11 Zapis liczb ujemnych – zastosowanie przesunięcia zakresu (offsetu)
Umowny podział zakresu zmienności na dwa podzakresy poprzez zastosowanie tzw. offsetu równego zazwyczaj połowie zakresu zmienności liczby binarnej wartość liczby ze znakiem ( ) = wartość binarna (0..255) – offset(127) Zapis taki stosowany jest np. przez koprocesor w komputerach PC, oraz w niektórych prostszych systemach.

12 System szesnastkowy (hexadecymalny)
Cyfry mogą przyjmować tylko jedną z szesnastu postaci: 0,1,... 8, 9, A, B, C, D, E, F odpowiadających wartościom 0,1,... 8, 9,10,11,12,13,14,15 i tak np. liczba szesnastkowa 0Ch odpowiada liczbie dziesiętnej 12

13 System szesnastkowy Inny przykład:
  1278h = 1* * *16 + 8*1 = 4728 Uwaga 1 Liczby szesnastkowe mogą być oznaczane również przez 0x1278 lub $1278 Uwaga 2 Zapis szesnastkowy używany jest tylko dla wygody prezentacji liczb binarnych !!! Każda z cyfr liczby szesnastkowej składa się z 4 bitów (cyfr szesnastkowych). Wygodnie jest więc zapisując liczby binarne stosować odstępy (spacje) pomiędzy grupami 4 bitów, np. +12 (dec) = b == b = 0Ch -12 (dec) = b == b = F4h Dla większych liczb, np. 16-bitowych korzyść z takiego zapisu jest od razu widoczna b == b = 4CFCh

14 dodawanie z przeniesieniem (ADC)
Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 1 Liczby całkowite, ze znakiem (U2) i bez znaku dodawanie (ADD) przykład: mov EAX,10 ;wpisanie do rejestru EAX liczby 10 add EAX,20 ;dodanie do zawartość EAX liczby 20 ;(EAX:=EAX+20) C=0 dodawanie z przeniesieniem (ADC) W=A+B+C (C=0 lub 1)

15 odejmowanie z pożyczką (SBB)
Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 2 odejmowanie (SUB) mov EAX,10 ;wpisanie do rejestru EAX liczby 10 sub EAX,20 ;odjęcie od zawartość EAX liczby 20 (w tym przypadku wynik będzie ujemny (N=1), oraz nastąpi pożyczka (C=1)) odejmowanie z pożyczką (SBB) W=A-B-C

16 3 inwersja bitów (NOT) negacja liczby (NEG) Podstawowe operacje
arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 3 inwersja bitów (NOT) - tak jak w systemie uzupełnień do jedynki U1 mov EAX,12 ;wpisanie do rejestru EAX liczby 12 NOT EAX negacja liczby (NEG) – system uzupełnień do dwóch (U2) W=(NOT A) +1 NEG EAX ;w EAX jest –12 (U2)

17 4 mnożenie liczb (MUL) : Podstawowe operacje
arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 4 mnożenie liczb (MUL) : - wynik ma dwa razy więcej bitów niż składniki mnożenia (wynik zawsze w DX:AX) mov ax,2000h mov bx,10h mul bx po wykonaniu mnożenia w rejestrze DX znajdzie się liczba 2h, a w AX liczba 0000h (łączny wynik 20000h)

18 dzielenie liczb (DIV) :
Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 5 dzielenie liczb (DIV) : dzielna w DX:AX wynik w postaci: część całkowita (AX) i reszta (DX) mov dx,3h mov ax,205h mov bx,100h div bx ;AX = 302h = (30205h/100h) ;DX = 5 (reszta z dzielenia)

19 arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 6
Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 6 Iloczyn logiczny (AND) : mov dx, b and dx, b ;w dx będzie b

20 7 Suma logiczna (OR) : Podstawowe operacje
arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 7 Suma logiczna (OR) : mov ax, b or ax, b ;w ax będzie b

21 8 Funkcja EXOR: Podstawowe operacje
arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów 8 Funkcja EXOR: mov ax, b exor ax, b ;w ax będzie b

22 Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów Przesuwanie bitów logiczne: SHR,SHL: Arytmetyczne: SAR,SAL:

23 Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów Przesuwanie bitów: ROR,ROL

24 arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów
Podstawowe operacje arytmetyczno-logiczne mikroprocesorów Przesuwanie bitów:ROR,ROL - przykład ;wartość początkowa „C” bez znaczenia mov ax, b ror ax,1 b ;po wykonaniu C=1 ;przesunięcie o trzy pola ror ax,3 b ;po wykonaniu C=0