数位讯号处理器

数位讯号处理器数据运算指令

• 使用饱和算法，在这种方式中，会产生溢出的运算将累积至寄存器可容纳的最大（或最小）值，而不是按环绕方式（环绕方式是很多通用CPU采取的方式。在环绕方式中，寄存器的数值到达最大值后再加一则会绕回到最小值；而使用饱和算法时则不会发生这种环绕，运算结果仍将保持为最大值）。有些情况下可使用不同的粘滞位运算模式。

• 使用乘积累加（MAC）运算，这会提高各种矩阵运算的效率（例如卷积运算、点积运算、乃至矩阵多项式的求值运算；参看Horner scheme和积和熔加运算）。由于在许多DSP中都必然地使用了单周期的MAC部件，因此也自然沿袭了下面所述的许多性质（尤其是哈佛结构和指令流水线）。

• 在使用同余定址方式操作循环缓冲器、以及在使用逆位序定址模式处理快速傅立叶变换交叉引用时，都可使用专门的指令实现。

数位讯号处理器程序流程

• 使用深层流水线技术，这种情况下，因错误的预测产生的跳转会造成更大的（效率）成本。

• 使用通过动态表或硬编码的零开销循环实现的分支预测。为减少运行高频度的内层循环时跳转造成的（效率）影响，有些处理器提供了这个特性。该技术包括两种类型的操作：单指令的重复操作和多指令的循环操作。

• 预取指令使用指令流水线方式。

• 流水线作业方式可减少总体的处理时间，增加系统的产出效率。

• 流水线可以分为若干层级。

1978年，Intel发布了一种“模拟信号处理器”——2920处理器。它包含一组带有一个内部信号处理器的片上ADC/DAC，但由于它不含硬件乘法器，因此在市场上销售并不成功. 1979年，AMI发布了S2811处理器，它被设计成微处理器的周边设备，必须由主处理器初始化后才能工作。S2811在市场上也不成功。

1979年，贝尔实验室发表了第一款单芯片DSP，即Mac 4型微处理器。继而于1980年的IEEE国际固态电路会议上出现了第一批独立、完整的DSP，它们是NEC的μPD7720处理器和AT&T的DSP1处理器。这两种处理器都是在公共交换电话网的远程通信研究中受到了启发而产生的。

还有一种早期的DSP，Altamira DX-1，它使用一组带有延迟转移和转移预测机制的四整数组流水线。

事实证明，1983年德克萨斯仪器公司生产的第一款DSP，TMS32010，是一个更大的成功，时至今日德州仪器已成为通用DSP市场的龙头，并提供有HPI（Host-Post Interface），由外部CPU直接访问。另一款成功的设计是摩托罗拉的56000。

通用CPU中有些技术是受到带有扩展模块的DSP的影响而出现的，例如Intel的IA-32架构指令集中的MMX扩展。

大部分DSP使用的是定点算法，这是因为在信号处理的一般实际应用中不需要使用浮点运算比定点运算多提供的那部分额外的精度范围，而使用定点算法牺牲了不需要的精度，却大大提高了速度。另一方面，浮点DSP则常用在科学计算和某些需要高精度的应用中。

DSP芯片通常采用专用集成电路设计，然而亦可使用现场可编程门数组（FPGA）芯片来实现DSP的功能，FPGA的I/O带宽比DSP带宽大十多倍。

2018年5月，南京电子技术研究所自主研制的华睿2号通过验收，综合处理性能优于国际主流DSP芯片。设计团队已经开始部署，研发华睿3号。该芯片将拥有万亿次运算能力、支持人工智能。

• 分开的程序存储器和数据存储器（哈佛结构）。

• 用于单指令流多数据流（SIMD）作业的特殊指令集。

• 可进行并发处理，但不支持多任务。

• 用于宿主环境时可作为直接存储器访问（DMA）设备运作。

• 从模拟数字转换器（ADC）获得数据，最终输出的是由数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号的数据。

类比讯号的主要优点是其精确的解析度，在理想情况下，它具有无穷大的解析度。与数位讯号相比，类比讯号的讯息密度更高。由於不存在量化误差，它可以对自然界物理量的真实值进行尽可能逼近的描述。

类比讯号的另一个优点是，当达到相同的效果，类比讯号处理比数位讯号处理更简单。类比讯号的处理可以直接透过类比电路元件（例如运算放大器等）实作，而数位讯号处理往往涉及复杂的演算法，甚至需要专门的数位讯号处理器。

理论上，类比讯号的解析度趋近无穷大。不过在实际情况中，类比讯号的解析度常常会受噪声和讯号摆率（slew rate）的限制。因此，现实中的类比讯号和数位讯号的解析度和频宽都有一定的限制。在一些非常复杂的类比系统中，诸如非线性问题和噪声等效应会降低类比讯号的解析度，以至於此时它的解析度甚至低於特定的数位讯号系统。类似的，当数位系统变得复杂时，数位资料流里会产生错误。在实际的系统中，往往需要综合应用两种形式的讯号，从而达使系统获得最好的工作效能。

类比讯号利用物件的一些物理属性来表达、传递讯息。例如，非液体气压表利用指标螺旋位置来表达压强讯息。在电学中，电压是类比讯号最普遍的物理媒介，除此之外，频率、电流和电荷也可以被用来表达类比讯号。

任何的讯息都可以用类比讯号来表达。这里的讯号常常指物理现象中被测量对变化的响应，例如声音、光、温度、位移、压强，这些物理量可以使用感测器测量。类比讯号中，不同的时间点位置的讯号值可以是连续变化的；而对於数位讯号，不同时间点的讯号值总是处於预先设定的离散点，因此如果物理量的真实值不能在这些预设值中被找到，那麼这时数位讯号就与真实值存在一定的偏差。