TMS32010

TMS32010 — это первое в мире цифровое микропроцессорное устройство цифровой обработки сигналов (ЦОС), выпущенное компанией Texas Instruments в 1983 году. TMS32010 стал основой для целого семейства процессоров TMS320 и положил начало индустрии программируемых DSP (Digital Signal Processor), которые впоследствии нашли широкое применение в телекоммуникациях, аудиообработке, управлении и измерительной технике.

История

Разработка TMS32010 началась в конце 1970-х годов, когда компания Texas Instruments (TI) стремилась создать специализированный микропроцессор, способный выполнять операции умножения с накоплением (MAC) за один такт, что было критически важно для алгоритмов цифровой фильтрации и быстрого преобразования Фурье. До появления TMS32010 задачи ЦОС решались либо на универсальных микропроцессорах (с низкой производительностью), либо на дискретных компонентах (схемы на умножителях и сумматорах), либо на специализированных БИС (например, умножителях-накопителях).

Первый образец TMS32010 был представлен в 1982 году, а серийное производство началось в 1983 году. Процессор изготавливался по n-МОП технологии с проектными нормами 2,5 мкм. Кристалл содержал около 58 000 транзисторов. Тактовая частота составляла 20 МГц, что позволяло выполнять до 5 миллионов инструкций в секунду (MIPS).

Архитектура

TMS32010 имел гарвардскую архитектуру, то есть раздельные шины и память для команд и данных. Это позволяло одновременно выбирать команду и операнд, что существенно повышало производительность. В отличие от большинства универсальных процессоров того времени, TMS32010 не имел конвейера выполнения команд в современном понимании, но использовал параллелизм на уровне инструкций за счёт разделения шин.

Основные характеристики

• Разрядность данных: 16 бит (фиксированная точка, целые числа со знаком).
• Разрядность команд: 16 бит.
• Внутренняя память: 144 слова (16-битных) ОЗУ данных и 1,5 К слов ПЗУ (масочное) или ОЗУ команд (в зависимости от версии).
• Внешняя память: до 4 К слов (16-битных) для данных и до 4 К слов для команд (суммарно до 8 К слов).
• АЛУ: 16-разрядное, с аппаратным умножителем 16×16 → 32 бита.
• Стек: 4 уровня глубины (аппаратный стек для возврата из подпрограмм).
• Регистры: 8 регистров общего назначения (R0–R7), аккумулятор (ACC) 32 бита, регистр произведения (P), регистр состояния (ST), счётчик команд (PC), регистр адреса (AR).

Особенности набора команд

Набор команд TMS32010 содержал около 60 инструкций, включая:

• Арифметические: ADD, SUB, MPY (умножение), MAC (умножение с накоплением).
• Логические: AND, OR, XOR.
• Пересылки: LAC (загрузка аккумулятора), SAC (сохранение аккумулятора), TBLR (чтение таблицы), TBLW (запись таблицы).
• Управления: B (безусловный переход), BZ (переход по нулю), CALL, RET.
• Специальные: DMOV (перемещение данных внутри ОЗУ), LTD (загрузка и сдвиг).

Важной особенностью была команда MAC (Multiply and Accumulate), которая за один такт выполняла умножение двух 16-битных чисел и сложение результата с 32-битным аккумулятором. Это позволяло реализовывать цифровые фильтры с высокой производительностью.

Версии и модификации

TMS32010 выпускался в нескольких вариантах, отличавшихся типом памяти и корпусом: