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《數字信號處理》課程心得之 DSP技術在計算機領域的應用 姓名：XX 班級：電氣XXXX班 短暫的一學期很快就過去了，在這個學期里，通過對《數字信號處理》課程的學習，我了解到了DSP的基本概念和基本內容。我平時對計算機硬件方面的知識比較感興趣，通過對本課程的學習，我發(fā)現DSP技術在微型計算機硬件，外設，及智能手機上應用很廣泛。下面通過幾個實例并結合所學知識談談理解和感受。 一：DSP技術簡介 數字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。數字信號處理是一種通過使用數學技巧執(zhí)行轉換或提取信息，來處理現實信號的方法，這些信號由數字序列表示。在過去的二十多年時間里，數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。德州儀器、Freescale等半導體廠商在這一領域擁有很強的實力。 二：DSP數字處理器簡介 DSP（digital signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號。再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。 　　 DSP微處理器（芯片）一般具有如下主要特點： 　　 （1） 在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法； 　　 （2） 程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據； 　　 （3） 片內具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數據總線在兩塊中同時訪問； 　　 （4） 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持； 　　 （5） 快速的中斷處理和硬件I/O支持； 　　 （6） 具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器； 　　 （7） 可以并行執(zhí)行多個操作； 　　 （8） 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 　　 PS：隨著技術的發(fā)展，計算機硬件的性能越來越強，而與此同時，人們對硬件的體積和功耗比要求越來越高，所以，這促使DSP數字處理芯片技術的飛速發(fā)展。人們通過利用DSP芯片替代傳統(tǒng)的模擬電路，使得設備使用壽命大大延長，質量大大大提高。 例如：人們通過在主板和顯卡供電電路中加入DSP為控制芯片，可以使CPU和GPU獲得更加純凈的電流，從而使主板本身和其承載的CPU/GPU的穩(wěn)定性和壽命大大的延長。 在電腦外設中，比如音響。人們通過模擬電路結合DSP芯片構成數?；旌想娐?，使得音響的底噪更小，音質更加甜美純正。 DSP工作模式 三：DSP處理芯片的優(yōu)缺點 DSP優(yōu)點 　　對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響?。蝗菀讓崿F集成；VLSI 可以分時復用，共享處理器；方便調整處理器的系數實現自適應濾波；可實現模擬處理不能實現的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲等；可用于頻率非常低的信號。 DSP缺點 需要模數轉換；受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；數字系統(tǒng)由耗電的有源器件構成，沒有無源設備可靠。但是其優(yōu)點遠遠超過缺點。 四：DSP在計算機硬件領域的應用案例 (1) 在顯卡供電上的應用 產品：華碩高端系列顯卡 顯卡供的電設計和用料好壞直接影響顯卡運行的穩(wěn)定性，以及顯卡的超頻能力，所以一直是用戶十分關注的部分，各顯卡廠商在供電的設計和用料上也不遺余力，以此提供給用戶更穩(wěn)定、超頻更好的顯卡。華碩顯卡一直采用獨家的“超合金供電”技術，通過超合金電容、超合金電感、超合金場效應管、超合金混合動力引擎等可為顯卡帶來15%的性能提升、延長2.5倍的使用壽命，降低供電部分的溫度！如今，華碩顯卡再度提升用料品質和創(chuàng)新設計，將DIGI+VRM數字供電和超合金供電相結合，推出“超合金數字供電”技術。那究竟什么是超合金數字供電技術呢？我們就來為大家進行解析。 華碩供電DSP微處理器 數字供電的優(yōu)勢在于：更精準的參數調節(jié)、更強的供電能效轉換、更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高超頻成功率，當然數字供電也在輸出紋波、轉換效率、瞬態(tài)響應等方面有著先天的優(yōu)勢，作為全球板卡廠商領軍者，華碩在主板供電設計上率先引入了數字供電，這次華碩再一次把這項技術應用于顯卡上，不失為顯卡愛好者的一大福音。 　　數字供電技術利用一種可編程微處理器對供電電路進行控制，而它所發(fā)出就是一種數字信號，在多路供電時，數字信號控制電路會更加精準，而不引起額外的功率損耗，因此可以達到整體功耗降低的目的。再加以配合華碩的“超合金供電”，可以更好地提升顯卡性能，同時輔助顯卡超頻。 提升15%供電效率 華碩顯卡的DIGI+VRM數字供電與以往模擬供電設計大不相同，數字供電可以智能調節(jié)供電相數，同時也起到節(jié)能降噪的作用，智能化的功率控制可以有效將耗功從原來的34.4w降低到28.7w，更智能更環(huán)保。 華碩超合金數字供電技術將明顯提升顯卡運行的穩(wěn)定性，讓EMI適應性進一步提升的同時也將充分挖掘顯卡的超頻性能，與模擬供電設計相比較，華碩顯卡DIGI+VRM數字供電將電源從239mV降低到159mV。 　　每款采用華碩DIGI+VRM數字供電技術的顯卡，都會實時根據GPU負載的高低隨時調整供電相位，將最佳的供電效率保持在一個合理的范圍內，幫助GPU發(fā)揮更好的性能，實際就是對顯卡的游戲和超頻性能進行優(yōu)化，取得一個很好的平衡。 降低50%EMI電磁干擾 華碩超合金供電顯卡設計不僅僅可以提升顯卡的供電效能還可以有效的降低EMI指數，華碩DIGI+VRM數字供電技術可以根據顯卡的運行頻率來智能調整輸出，讓EMI從模擬供電的40dB降至20dB。帶給用戶更加靜謐的游戲環(huán)境，讓你完全沉浸在游戲中。 采用超合金數字供電的華碩GTX680 DirectCU II TOP 顯卡 目前華碩全新超合金供電系列顯卡已經全面領先業(yè)界，在高端領域HD7970系列和GTX680\GTX670系列顯卡，在中高端還有HD7870以及HD7700等系列顯卡都將全面使用超合金數字供電技術，相信會給用戶帶來更多的更好的桌面級游戲顯卡。 如今隨著GPU制程工藝的提升，GPU的架構越來越復雜，對供電精度的要求自然也越來越高，數字供電在輸出紋波、轉換效率、瞬態(tài)響應等性能方面的優(yōu)勢就越來越明顯，雖然數字供電在短期內會增加一部分生產成本，不過憑借著占用空間小，效率高和更加精確的控制電路等的優(yōu)點，作為全球板卡行業(yè)的領軍者華碩顯卡將在新一代產品中大量使用數字供電設計，在開創(chuàng)全民數字供電的新時代的道路上，華碩再一次走上了領跑者的位置。 （2） 在主板供電的應用 產品：華碩DSP供電p67 華碩全新數字供電技術解析 DIGI+VRM數字供電技術 華碩在六系列主板上采用了全新的DIGI+VRM數字供電技術，DIGI+VRM是華碩獨創(chuàng)的供電技術，它基于可編程微型處理器，能夠準確匹配多個PWM，沒有任何傳輸損耗。數字供電技術最大的好處就在于：提供更精準供電及系統(tǒng)穩(wěn)定性，為用戶提供更安全可靠的保證。 摘下P8P67 Deluxe供電部分的散熱片，我們看到了由18顆電感以及超低阻MosFET所組成的DIGI+VRM數字供電體系。 相比模擬供電，數字供電體系的電流要更加的穩(wěn)定。 華碩獨家研發(fā)的DIGI+VRM芯片 華碩獨家設計的DIGI+VRM芯片，我們甚至可以精準的控制單個電感的電流以及工作負載狀態(tài)，因此可見數字供電更為強大。 華碩P8P67 Deluxe板子特色技術一覽 硬件級TPU智能加速處理器開關 通過在主板上設計的硬件層面的開關，打開開關系統(tǒng)可以迅速實現自動加速模式。 除了在效能方面華碩六系列主板依然配置了EPU節(jié)能處理器以及開關機。冷氣微動開關 華碩獨家的TPU智能加速處理器 （3） 在音響電路中的應用 產品：各中小功率桌面音響 從08年開始，國內的音頻業(yè)界就開始刮起了小音箱的旋風，這些小音箱都圍繞著iphone、ipad配件的配件在做文章，新的利益增長點總是會令廠商瘋狂，更何況是在國內IT業(yè)界一片低迷的情況下 。 受限于體積和供電的原因，很多小音箱如果采用傳統(tǒng)的模擬放大電路，因為電路的功耗大效率較低特性，則容易出現聲音偏小、動態(tài)表現差等功率不足的現象。而相較傳統(tǒng)的模擬放大電路，現在在高端小音箱、手機上采用的DSP數字放大電路是小音箱電路設計上不錯的解決方案 如上文所說，傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器雖然具有很高的保真度,但是卻存在功耗高、效率低等致命缺點。隨著集成電路技術的發(fā)展,移動電話、數字媒體技術、平面電視、便攜式數字產品等對音頻功放提出了體積小,效率高的要求?；贒SP的數字D類音頻功放憑借其高效率、低功耗的特點正逐漸取代傳統(tǒng)的模擬音頻 功率放大器。 DSP芯片，也稱數字信號處理器， 是一種具有特殊結構的微處理器。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現各種數字信號處理算法，現在音箱上多通過預設好的程序，通過DSP技術來獲得更好的解析力和聲場，程序預測的聲場模擬，是傳統(tǒng)放電路難以比肩的地方，這也讓很多采用DSP的小音箱能夠獲得如同大音箱的聲場效果。 國內的小音箱，多采用模擬放大電路，部分大廠的則會采用DSP放大芯片，芯片類型無外乎德州儀器(TI)、意法半導體（TDA）、摩托羅拉（motolola）等，當然，相對傳統(tǒng)的功放，DSP以及周邊電路的成本還是要明顯高于模擬放大電路，這也是D類功放在中低端產品里面沒有大面積采用的主要原因，例如這臺麥博雅皮士音箱，拆開內部之后，其內部就是采用了DSP放大電路，并采用藍牙和線路兩組DSP放大電路，DSP讓這對雅皮士箱子憑借3.5的低音單元擁有了4寸單元以上音箱才能擁有的音箱，并且只用一個外置的電源就能完成供電。 當然，DSP受到影響更大的是外圍電路的設計，包括時鐘信號、采樣。以麥博這塊DSP放大電路為例，為其采用的德州儀器的TI5713虛擬盤搭配了一個韓國ABOV品牌的4218D微控制單元和一塊24C02存儲芯片，來完成音效處理預設的程序、以及信號采樣、不同音量下的高低頻控制等，而這方面的編程與線路的整體設計能力，則是只有完整研發(fā)部門才能實現的。 當然DSP電路也有自己固有的缺點，程序直接影響了DSP輸出的效果，這就取決了程序員對芯片的熟悉性和對音頻壓縮的理解，另外DSP放大有著聲音薄、低音下潛不夠的特點，這個也是為什么大型多媒體音箱上依舊比較少采用DSP放大的主要原因，在小音箱上很適合，但是放大之后，到大音箱上就顯得不夠了。 四：寫在最后。 隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的新技術被人們所認同并且采用，新的產品和新的特色技術的不斷涌現，讓我感到無比的興奮；人類的大腦簡直是太偉大了。文章寫道這里差不多就完了，能力所限，文章的水平很不怎么樣；雖然文章的主體是自己寫得，但是很多資料都是摘自互聯(lián)網，算是一種完善和修飾吧。雖然現在處于計算機性能過剩的時代，但是有很多問題依舊等待解決，比如高性能PC機的功耗和發(fā)熱量依舊偏高，芯片晶元的成品率依舊有待提高等。尤其是我國在芯片行業(yè)依舊未能掌握核心技術，在我看來長期以來外國引進是一種很危險現象，我們要掌握核心科技，所以我們這一代一定要發(fā)憤圖強，為中華崛起而讀書，為中華崛起而奮斗！