Τι είναι το υλικό;

Ο βρόχος υλικού αναφέρεται στη διαδικασία επανειλημμένης εκτέλεσης μιας ενότητας κώδικα ή μιας ακολουθίας οδηγιών χωρίς να χρησιμοποιείτε βρόχους που βασίζονται σε λογισμικό (όπως "για" ή "ενώ" βρόχοι προγραμματισμού σε γλώσσες προγραμματισμού). Αντ 'αυτού, αξιοποιεί τα αφιερωμένα εξαρτήματα υλικού ή χαρακτηριστικά για να επιτευχθεί αυτή η επανάληψη. Αυτό γίνεται συνήθως για λόγους απόδοσης, καθώς οι βρόχοι υλικού μπορούν συχνά να είναι σημαντικά ταχύτεροι από τους βρόχους λογισμικού.

Δείτε πώς λειτουργεί, ανάλογα με το πλαίσιο:

* σε επεξεργαστές ψηφιακού σήματος (DSPs) και μικροελεγκτές: Πολλοί DSP και μικροελεγκτές διαθέτουν εξειδικευμένες οδηγίες ή χαρακτηριστικά ειδικά σχεδιασμένα για βρόχο. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν τη δημιουργία μετρητών βρόχου και οδηγίες άλματος με τρόπο που είναι εξαιρετικά βελτιστοποιημένο για την αρχιτεκτονική του υλικού. Αυτό επιτρέπει πολύ αποτελεσματική εκτέλεση επαναλαμβανόμενων εργασιών, ιδιαίτερα εκείνων που εμπλέκονται στην επεξεργασία σήματος ή στα συστήματα ελέγχου.

* σε ειδικά κυκλώματα υλικού: Σε πιο εξειδικευμένες εφαρμογές, ένας βρόχος υλικού μπορεί να εφαρμοστεί ως φυσικό κύκλωμα, ίσως χρησιμοποιώντας καταχωρητές μετατόπισης ή άλλα διαδοχικά λογικά στοιχεία. Αυτό είναι πολύ συνηθισμένο σε προσαρμοσμένα σχέδια υλικού και FPGAs (συστοιχίες πύλης προγραμματιζόμενων πεδίων) όπου το υλικό είναι ειδικά προσαρμοσμένο για έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο. Η συμπεριφορά του βρόχου κωδικοποιείται άμεσα στη λογική του κυκλώματος.

* στη μνήμη-χαρτογραφημένη I/O και DMA: Οι βρόχοι υλικού μπορούν να εφαρμοστούν έμμεσα με τη χρήση ελεγκτών I/O ή Direct Memory Access (DMA). Για παράδειγμα, μπορείτε να διαμορφώσετε έναν ελεγκτή DMA για να μεταφέρετε επανειλημμένα δεδομένα μεταξύ των θέσεων μνήμης, δημιουργώντας αποτελεσματικά ένα βρόχο υλικού για μεταφορά δεδομένων χωρίς ρητή συμμετοχή CPU.

Το βασικό πλεονέκτημα του βρόχου υλικού είναι ταχύτητα . Επειδή η λειτουργία βρόχου αντιμετωπίζεται απευθείας από το υλικό, παρακάμπτει το γενικό κόστος που σχετίζεται με βρόχους λογισμικού, οι οποίοι πρέπει να ελέγχουν επανειλημμένα τις συνθήκες βρόχου και τις οδηγίες κλάδου. Αυτό καθιστά εξαιρετικά χρήσιμο για εφαρμογές κρίσιμης σημασίας από την απόδοση, όπως επεξεργασία σε πραγματικό χρόνο, ενσωματωμένα συστήματα και επεξεργασία δεδομένων υψηλής απόδοσης.

Ωστόσο, ο βρόχος υλικού απαιτεί μια βαθύτερη κατανόηση της αρχιτεκτονικής υλικού στόχου και μπορεί να είναι πιο περίπλοκη για την εφαρμογή από τους βρόχους λογισμικού. Η ευελιξία είναι επίσης συχνά πιο περιορισμένη σε σύγκριση με το βρόχο λογισμικού, πράγμα που σημαίνει ότι η δομή και οι παράμετροι του βρόχου συνήθως σταθεροποιούνται στο επίπεδο υλικού.