1983 г.
ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТЧИКИ
Фельдман Б.Я., Солохина Т.В.
В работах по созданию СМ ЭВМ значительное внимание уделялось специализированным процессорам, обеспечивавшим повышение производительности вычислительных комплексов для конкретного класса решаемых задач. При этом на выбранном классе алгоритмов мини-ЭВМ СМ3 (СМ4) обеспечивают производительность сравнимую с производительностью больших ЭВМ. Алгоритмы Фурье-анализа используются во многих областях науки и техники. Спецпроцессор преобразования Фурье СПФ СМ был разработан для обработки изображений поверхности планеты Венера в рамках выполнения соответствующей программы. Разработка проводилась совместно с Институтом радиоэлектроники Академии наук СССР.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Наиболее жесткие требования к аппаратной части цифровой обработки предъявляют радиолокационные системы. Основным содержанием цифровой обработки здесь является фильтрация входных сигналов антенны, частоты сигналов от 10 МГц до 10ГГц, размеры преобразований могут достигать до 214 комплексных точек, требования по быстродействию достигают 109 умножений в секунду. При обработке цифровых сигналов радиолокатора используются алгоритмы цифровой фильтрации и спектрального анализа (вычисление дискретного и быстрого преобразования Фурье - ДПФ и БПФ), алгоритмы корреляционного анализа, обратной свертки, специальные алгоритмы линейного предсказания
СПФ СМ подключался к ЭВМ СМ3 (СМ4) и предназначался для выполнения алгоритмов быстрого преобразования Фурье и других специфических операций цифровой обработки сигналов. Функциональные узлы спецпроцессора СПФ СМ построены по конвейерной схеме и соединены между собой в общий конвейер, “смещающийся” на 1 слово при поступлении на вход очередного отсчета, за счет чего пропускная способность достигает до 400 тыс. комплексных отсчетов в секунду.
Основной узел – блок выполнения ДПФ, алгоритм БПФ по основанию 2, аппаратурная задержка приблизительно равна размеру преобразуемого массива.
Обмен данными между оперативным запоминающим устройством и спецпроцессором обеспечивается блоком сопряжения прямого доступа. Скорость обмена до 400 тыс. 32-разрядных слов в секунду. Реализуемая производительность по выполнению только арифметических операции составляет более 22 млн. операций в секунду.
В структуру спецпроцессора введены два дополнительных умножителя. Первый из них предназначен для перемножения преобразуемого и взвешиваемого массива, второй – для нахождения мощности – то есть квадрата модуля.
С помощью СПФ СМ выполняются следующие алгоритмы:
операции масштабирования массивов:
а - увеличение отсчета массива в 2a раз и выявление числа переполнений, числа значащих бит максимального по абсолютной величине числа (мнимые и действительные части рассматриваются как независимые числа, при переполнении производится ограничение);
б - управление делением в 2 раза после каждого этапа БПФ в блоке
БПФ;
в - уменьшение значений энергетического спектра в 4b раза.
(Основное назначение операций a и б состоит в минимизации погрешности ДПФ, а операции в – уменьшение разрядности результата и экономия ОЗУ за счет укороченного формата мощности. Кроме того, операция а) позволяет ограничить массив сигнала и выявить статистику его амплитуды);
дополнительные операции над массивами:
размещение массивов в ОЗУ.
Действительные и мнимые части данных располагаются последовательно. Шаг размещения массива произвольный, что позволяет исключать лишние пересылки при совместном анализе нескольких сигналов или при обработке двумерных массивов.
СПФ СМ работает под управлением операционной системы РАФОС,
в состав которой входят :
Управление спецпроцессором со стороны операционной системы СМ3 - СМ4 осуществляется драйвером, выполняющим за одно обращение следующие команды:
Наборы макрокоманд и модулей системной библиотеки позволяют спецпроцессору выполнять операции ДПФ, свертку двух действительных массивов, двумерное ДПФ массива, расположенного на магнитном носителе, ДПФ массива большого размера, находящегося на магнитном носителе; взвешивание преобразуемого массива.
Конструктивно СПФ СМ был выполнен в стандартной стойке СМ ЭВМ с габаритными размерами 947 х 600 х 1800 мм. Потребляемая мощность – 2 кВт.
ПРИМЕНЕНИЕ
СПФ СМ обеспечили успешное выполнение двух уникальных космических проектов мирового значения:
Общее количество выпущенных экземпляров СПФ СМ – около 30.
Спецпроцессор преобразования Фурье СПФ СМ был разработан для обработки изображений поверхности планеты Венера в рамках выполнения соответствующей программы. Разработка проводилась совместно с Институтом радиоэлектроники Академии наук СССР. Конструктивно он был выполнен в стандартной стойке СМ ЭВМ. Общее количество выпущенных экземпляров СПФ СМ – около 30.