Arvutiarhitektuur

1. Von Neumanni arhitektuur

   • Kõige levinum klassikaline arhitektuur.

   • Programmi käsud ja andmed asuvad samas operatiivmälus.

   • Protsessor loeb käsud järjestikku mälust ning täidab need.

   • Probleem: tekib „von Neumanni kitsaskoht“ (ingl. bottleneck) – protsessor peab kordamööda lugema käske ja andmeid ühest samast siini kaudu, mis võib töö aeglustada.

2. Harvardi arhitektuur

   • Kasutab eraldi mälusid käskudele ja andmetele.

   • See võimaldab korraga lugeda nii programmi käske kui ka töödelda andmeid.

   • Seda kasutatakse tihti mikrokontrollerites, DSP-protsessorites ja olukordades, kus on vaja kiiret ning efektiivset töötlemist.

Kuidas protsessor loeb programmi ja kasutab operatiivmälu?

1. Käsu lugemine (fetch):

   • Protsessor hoiab programmi täitmise kohta programmi loenduris (PC – Program Counter).

   • PC näitab mäluaadressile, kus järgmine käsk asub.

   • Protsessor loeb käsu operatiivmälust protsessori käsuregistrisse.

2. Käsu dekodeerimine (decode):

   • Protsessori dekooder „tõlgib“, mida käsk tähendab (nt liida kaks arvu, kirjuta väärtus mällu, hüppa teise kohta programmis).

3. Käsu täitmine (execute):

   • Protsessori aritmeetika-loogikaüksus (ALU) või muu täiturüksus täidab käsu.

   • Vajadusel loetakse/laiakse andmeid mälust registritesse või registritest mällu.

4. Tulemuse salvestamine (store):

   • Kui käsk eeldab tulemuse talletamist, salvestatakse see kas registrisse või mällu.

5. Programmi loenduri uuendamine:

   • Tavaliselt PC suureneb järgmise käsu peale, aga kui käsk oli hüpe või haru (branch), siis muudetakse PC väärtust ja programm jätkub teisest kohast.

👉 Kokkuvõttes:

• Kaks peamist arhitektuuritüüpi: Von Neumann ja Harvard.

• Protsessor töötab tsükliliselt: fetch → decode → execute → store.

• Operatiivmälu on programmikäskude ja andmete hoidmise koht, mida protsessor kasutab programmi täitmisel.

DSP-protsessor (Digital Signal Processor)

DSP-protsessor on eriline protsessoritüüp, mis on mõeldud digitaalsignaalide (heli, pilt, video, mõõteandmed jms) kiireks töötlemiseks.

Kui tavapärane üldotstarbeline protsessor (nt Intel Core või AMD Ryzen) on loodud laia ringi programmide jooksutamiseks, siis DSP on optimeeritud väga spetsiifiliste matemaatiliste operatsioonide jaoks.

Peamised omadused:

1. Optimeeritud matemaatika jaoks

   • Eriti kiire liitmine, lahutamine, korrutamine ja akumuleerimine (MAC – Multiply-Accumulate), mis on väga sagedased signaalitöötluses.

2. Harvardi arhitektuur

   • Tihti kasutab Harvardi arhitektuuri, et korraga lugeda käsku ja andmeid → annab suurema töökiiruse.

3. Reaalajas töötlemine

   • DSP peab sageli töötlema andmeid "reaalajas" (nt muusika mängimine, telefoni heli kodeerimine/dekodeerimine).

   • See tähendab, et andmete töötlemine peab toimuma samal ajal, kui need sisenevad süsteemi (ilma viivituseta).

4. Sisseehitatud erifunktsioonid

   • Spetsiaalsed registrid, paralleelarvutusvõime, kiire sisend-väljund (I/O) signaalide jaoks.

Näited, kus DSP-sid kasutatakse:

• Helitöötlus: kõrvaklapid, helivõimendid, nutitelefonid (müra vähendamine, ekvalaiserid).

• Pilditöötlus: digikaamerad, videokodeerimine (JPEG, MPEG, H.264).

• Telekommunikatsioon: mobiilside, modemid, satelliitside.

• Tööstus ja teadus: andurite signaalide töötlemine, meditsiiniseadmed (nt EKG analüüs).

• Autod: mootori juhtimine, radar ja lidar.

👉 Lühidalt:
DSP-protsessor on spetsialiseeritud arvutuskiip, mis on loodud digitaalse info (heli, pilt, signaalid) ülikiireks ja efektiivseks töötlemiseks – erinevalt tavalisest protsessorist, mis peab suutma kõike natuke teha, aga pole nii optimeeritud.