Elaborazione Numerica dei Segnali

6.2. Architettura Von Neumann e Harvard 123
può ulteriormente essere agevolato fornendo l’elaboratore di un minimo di s/w di base, per
esempio per l’auto-diagnosi e per la gestione delle periferiche. Infine, la progettazione di
sistemi con tecniche digitali allarga la fascia dei potenziali progettisti, in quanto richiede
meno competenze matematiche e fisiche che non la controparte analogica: grazie all’uso
di strumenti s/w di ausilio alla programmazione, l’uso di questa tecnologia richiede
solo una conoscenza di base dei principi di elaborazione dei segnali e qualche abilità di
programmazione.
In conclusione, le soluzioni digitali offrono vari vantaggi rispetto a quelle analogiche.
Per prima cosa, i circuiti analogici sono affetti dalla cosiddetta variabilità: lo stesso circuito
ha comportamenti diversi in dipendenza dalla temperatura di lavoro o dal tempo di
funzionamento, inoltre circuiti con lo stesso disegno hanno caratteristiche diverse a causa
dell’intrinseca imprecisione delle componenti. Per contro, soluzioni digitali sono caratterizzate
dalla loro ripetibilità: circuiti digitali correttamente disegnati produrranno gli
stessi risultati in ogni tempo e per ragionevoli range di temperatura. L’approccio mediante
programmazione porta inoltre a vantaggi di flessibilità: lo stesso h/w può supportare
una infinita gamma di potenziali applicazioni. Va tuttavia segnalato che per particolari
applicazioni le soluzioni analogiche hanno minor costo e maggior semplicità, oltre a non
incorrere nel rumore di quantizzazione.
6.2 Architettura Von Neumann e Harvard
I microprocessori programmabili per l’elaborazione digitali dei segnali possono essere
raggruppati nelle seguenti categorie: microprocessori general-purpose, microcontrollori,
processori specializzati all’elaborazione dei segnali (DSP).
Microprocessori general-purpose. Questi microprocessori devono supportare le più
disparate applicazioni, quindi la loro architettura viene progettata per l’ottimizzazione
della gestione della memoria; le loro prestazioni nell’elaborazione digitale
dei segnali risultano tuttavia mediocri.
Microcontrollori. Questi strumenti implementano singole parti di un elaboratore, ad
esempio apparecchi per l’input-output, memorie RAM e ROM; l’architettura è generalmente
funzionale all’ottimizzazione delle caratteristiche input-output.
Processori specializzati all’elaborazione dei segnali (DSP). Questi microprocessori
sono appositamente studiati per ottimizzare le prestazioni nell’elaborazione dei segnali.
Poiché gli algoritmi per la simulazione di sistemi per segnali consistono spesso
nella iterazione di sequenze di semplici operazioni aritmetiche, grande attenzione è
posta nell’ottimizzazione dell’unità aritmetico-logica (ALU): i primi DSP sono addirittura
stati motivati dalla necessità di accelerare l’esecuzione dell’operazione di
moltiplicazione, rispetto agli usuali microprocessori. La necessità di grande velocità
di elaborazione imposte dalle applicazioni in tempo-reale richiede inoltre l’introduzione
di architetture che sfruttino l’inerente parallelismo di alcune funzionalità,
pur sacrificando la semplicità realizzativi e la flessibilità rispetto alle applicazioni.