Signálové procesory nejen ve vaší zvukovce

Díky neustálému soupeření velkých výrobců mikroprocesorů pro stolní počítače, jakými jsou například Intel, Motorola nebo AMD, se tak trochu zapomíná na to, že existují také další skupiny procesorů.
Díky neustálému soupeření velkých výrobců mikroprocesorů pro stolní počítače, jakými jsou například Intel, Motorola nebo AMD, se tak trochu zapomíná na to, že existují také další skupiny procesorů. S nimi se sice nesetkáváme v reklamách, ani nemají obrovské mediální kampaně, ale jejich úloha je přinejmenším stejně tak důležitá.

Jaké existují skupiny procesorů a jak se od sebe odlišují? V zásadě se jedná o tři skupiny: procesory pro stolní počítače (CPU), jednočipové mikrořadiče (MCU), signálové procesory (DSP).

Tyto skupiny se dají samozřejmě dělit podle mnoha dalších hledisek, jako je například architektura procesoru, koncepce apod.

CPU (Central Processor Unit)
Procesory, jak je známe asi všichni, jsou srdcem našich osobních počítačů, ať PC, nebo MACů, a také jakýchkoliv jiných stolních počítačů. Jejich hlavní vlastnosti jsou:
  • otevřenost procesoru, který neobsahuje žádná periferní zařízení přímo v sobě (na jednom čipu) a všechny periferie musí být připojeny externě. Například paměť, vstupně výstupní zařízení (sériové porty, paralelní porty, USB, zvuková karta apod.).
  • vysoká cena; oproti ostatním typům procesorů se cena řídí se především trhem.
  • vysoký výkon; v podstatě jsou CPU svým výkonem daleko před jednočipovými procesory, dnes velmi často i před DSP.
  • vysoká spotřeba a ztrátový výkon; tyto procesory prostě „topí“, zahřívají se, a ve velké většině případů potřebují chlazení. Má to souvislost především s výpočetním výkonem procesoru a jeho vysokým odběrem stovky miliampérů až jednotky ampéru.
  • rozměry procesoru; díky svojí otevřenosti a možnosti rozšíření má CPU vyvedeno velké množství signálů, které velmi často přesahují číslo sto. To dělá velké nároky na rozměry pouzdra.
Jednoduše lze CPU v dnešní době přirovnat k neotesánkům, jejichž výkon je sice uctýhodný, ale zaplatíme za něj velkou spotřebou, cenou, velikostí a teplotou. Navíc pro sestavení funkčního zapojení s takovým procesorem je nutné použít mnoho dalších externích součástek.

MCU (Micro Controller Unit)
Označení této skupiny procesorů (mikrořadičů) se velmi liší, každý výrobce si své „brouky“ nazývá podle svého, a tak se občas nastává trochu zmatek. Tento typ procesorů se používá téměř kdekoliv: počínaje osobním počítačem, kde zcela určitě sedí jeden mikrořadič ve vaší klávesnici a zajišťuje posílaní znaků z klávesnice do počítače nebo ve vašem automobilu, kde řídí vstřikování paliva nebo ovládá bezpečnostní systém vozu. Jednoduše mikrořadiče najdete v dnešní době všude tam, kde je nějaká elektronika.

Mezi hlavní výhody mikrořadičů patří:

  • nízká cena; nejlevnější mikrořadiče se dají dnes pořídit i do 50 Kč, ty nejdražší (ačkoliv je to cena jen orientační a může se samozřejmě měnit) se pohybují okolo 1 000 Kč.
  • nízká spotřeba; v klidovém režimu se může pohybovat v jednotkách mikroampérů, za chodu se dá dosahovat nejnižší spotřeby zhruba okolo 500 mikroampérů.
  • rozměry procesoru; dnes existuje procesor, který má pouhých osm vývodů (DIP8), ze kterých je šest vývodů možné použít pro ovládání a snímání různých zařízení (zbylé dva jsou použity pro napájení).
  • malá možnost rozšíření; mikrořadiče obsahují na čipu periferie (paralelní porty, sériové porty, porty USB, AD a DA převodníky), a tak většinou nemají další možnost rozšíření.
Jak je vidět z předchozího výčtu, dá se o mikrořadičích konstatovat, že jsou malé, ale šikovné. U mikrořadičů hraje hlavní roli cena, které je podřízeno všechno. Jen pro zajímavost v automobilovém průmyslu v USA platí nepsané pravidlo, že cena jakéhokoliv samostatného prvku, který je součástí elektronické výbavy vozidla, nesmí překročit cenu pěti dolarů. Jinak by výroba nebyla efektivní. Jak je vidět, mikrořadiče tuto podmínku splňují bez problémů. Nízká cena mikrořadiče je dosahována také tím, že výrobci vyrábí mnoho variant lišících se periferiemi umístěnými na čipu. Lze tak koupit například mikrořadič s jedním, dvěma, nebo třemi paralelními porty. Díky tomu může člověk, který navrhuje zapojení s mikrořadičem, vybrat přesně obvod, který mu vyhovuje a využít jej na maximum. Nemusí platit za něco, co nepoužije.

Chybí vám výkon?
Možná jste ve výčtu charakteristických vlastností mikrořadičů hledali údaje o výkonu. Maximální výkon není ale pro většinu mikrořadičů tím nejdůležitějším faktorem. Opět zde platí, že existuje několik rychlostních variant jednoho typu procesoru. Tady je nutné podotknout, že existuje zásadní vztah mezi rychlostí procesoru a jeho spotřebou.

Například spokojíme-li se s výkonem asi osmi tisíc operací za sekundu, bude procesor při napájecím napětí 2 V odebírat proud asi 20 µA. To je dostatečný výkon pro hlídaní i sta dveří, a dáte-li k tomuto zařízení jako zdroj napájení dvě baterie AAA, vybijí se vám do deseti let spíše samovolným vybíjením, než kvůli proudu odebíranému mikrořadičem. Naopak při výkonu pěti milionů operací za sekundu (5 MIPS) je spotřeba asi 2 mA. Spotřeba sice asi 30krát vyšší, ale stále více než dobrá. Pokud si myslíte, že výkon pěti MIPS je zatraceně malý v porovnání s dnešními výkony CPU (řada Pentium, PowerPC apod.) uvědomte si, že na mikrořadičích neběží většinou žádné operační systémy, nezobrazují se data na monitoru ve vysokých rozlišeních a ve velkém počtu barev. Jde jen a pouze o surový výkon.

DSP – Králové matematiky
Určitým kompromisem mezi klasickým CPU a mikrořadičem je signálový procesor DSP (Digital Signal Processor). Jak jeho název napovídá, je určen především ke zpracování signálů. Jeho výhody?
  • vysoká rychlost zpracování čislicových dat.
  • velmi rychlé matematické operace jak v plovoucí, tak v pevné desetinné čárce. Současná hodnota, kterou dosahují kvalitní DSP, se pohybuje kolem 60 MFLOPS (60 milionů operací v plovoucí desetinné čárce za sekundu).
  • schopnost zpracovávat velké objemy dat.
Signálový procesor je již speciální variantou, kde ostatní hlediska jako spotřeba, cena ad. závisí na aplikaci, ve které je procesor použit. Pomocí DSP se dosahuje ve vašich SoundBlasterech a podobných zvukových kartách efektů se zvukem. Stejně tak může DSP zajišťovat kompresi zvuku, obrazu apod.

Součástí každého procesoru DSP by měl být rychlý analogově/digitální a digitálně/analogový převodník. Signálové procesory jsou velmi náročné na přístupovou rychlost pamětí, které používají. Je to právě proto, že se pracuje s velkým objemem dat, na něž se navíc aplikují funkce jako je rychlá Fourierova transformace (např. spektrální analyzátor) nebo konvoluce (potlačení/zvýraznění basů a výšek) apod.

Opět zjednodušeně řečeno slouží signálový procesor k tomu, aby data, která do něj vstoupí, zpracoval a co nejrychleji opět předal na výstup. Pro představu, jaké objemy dat musí zpracovávat takový procesor, si uveďme například formát MP3 se standardním datovým tokem 128 kb/s!

Každý má své království
Oblast použití jednotlivých typů procesorů je značně rozmanitá a každý z typů má své místo, kde je králem. U CPU je to výkon, u MCU je hlediskem mnoho požadavků, které se objevují při návrhu zařízení (teplota, spotřeba, rychlost, cena, odběr…)

a nakonec u signálového procesoru je to jeho matematický výkon. Odhalili jsme opravdu jen malou špičkou ledovce, kterým je oblast procesorů. Nebylo zde zmíněno mnoho specifických vlastností jednotlivých typů jako je WatchDOG u mikrořadičů, nebo přerušovací systém u CPU či technika práce s daty u DSP.

Zdroj: Computer 21/99

Diskuze (3) Další článek: Monitory Philips 105B10 a 107B10: kancelářští braši

Témata článku: Procesory, Zvuk, Signal, Fourier, Nízký výkon, SIG, Nízká cena, Spotřeba, Velká skupina, Velký čip, Watchdog, Rychlý port, Spektrální analýza, Matematický výkon, Malý objem, Malá možnost, Fourierova transformace, Vysoká cena, Procesor, Velký objem, Pevné palivo, Vysoký odběr, Control Unit, Vysoká rychlost, Velká spotřeba, Procesory na Heureka.cz



Novela DPH je hotová. Od října se i v Česku bude platit daň za zásilky do 22 eur. Možná…

Novela DPH je hotová. Od října se i v Česku bude platit daň za zásilky do 22 eur. Možná…

** V EU se od léta daní všechny mimoevropské zásilky ** Skončilo osvobození pro ty nejlevnější do 22 eur ** Česko nestihlo schválit vlastní novelu a fungovalo zde jakési bezčasí

Jakub Čížek
E-shopyAliExpress
Den D je tady, dnes vyšly Windows 11. Jak stáhnout instalační ISO?
Lukáš Václavík
Windows 11Operační systémyMicrosoft
Jak rozmazat dům, aby vás sousedi nemohli šmírovat. Jde to v Mapách Google i na Mapy.cz

Jak rozmazat dům, aby vás sousedi nemohli šmírovat. Jde to v Mapách Google i na Mapy.cz

** Nelibí se vám, když cizí lidé okukují váš dům? ** Všechny mapové aplikace nabízejí možnost rozmazání snímku ** Máme návod pro Apple Maps, Bing Maps, Mapy Google a Mapy.cz

Karel Kilián
SoukromíNávodyMapy
Šmírování kamerami Googlu: Koukněte, co nového se zase objevilo na Street View

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte, co nového se zase objevilo na Street View

Google stále fotí celý svět do své služby Street View. A novodobou zábavou je hledat v mapách Googlu vtipné záběry. Podívejte se na výběr nejlepších!

redakce
Mapy GoogleStreet View