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Vantaggi dell’hardware in virgola fissa

L’hardware digitale sta diventando il mezzo principale con cui vengono implementati i sistemi di controllo e i filtri di elaborazione del segnale. L’hardware digitale può essere classificato come hardware standard (ad esempio, microcontrollori, microprocessori, processori per scopi generici e processori di segnali digitali) o come hardware personalizzato. All’interno di questi due tipi di hardware sono presenti molte progettazioni di architettura. Queste progettazioni vanno da sistemi a singola istruzione e unità di elaborazione del flusso di dati singoli a sistemi multi-istruzione e unità di elaborazione del flusso di dati multipli.

All’interno dell’hardware digitale, i numeri sono rappresentati da tipi di dati in virgola fissa o in virgola mobile. Per entrambi questi tipi di dati, le dimensioni della parola sono fissate a un numero di bit prestabilito. Tuttavia, l’intervallo dinamico dei valori in virgola fissa è molto inferiore rispetto a quello dei valori in virgola mobile e dell’equivalente dimensione della parola. Pertanto, per evitare overflow o irragionevoli errori di quantizzazione, i valori in virgola fissa devono essere ridimensionati. Considerando che i processori in virgola mobile possono semplificare notevolmente l’implementazione di una legge di controllo o di un filtro digitale in tempo reale e i numeri in virgola mobile possono efficacemente approssimare i numeri reali, perché utilizzare un microcontrollore o un processore con supporto hardware in virgola fissa?

• Dimensioni e consumo energetico: i circuiti logici dell’hardware in virgola fissa sono molto meno complicati di quelli dell’hardware in virgola mobile. Questo implica che la dimensione del chip in virgola fissa è più piccola e il consumo energetico inferiore, rispetto all’hardware in virgola mobile. Ad esempio, consideriamo un telefono portatile per cui uno degli obiettivi di progettazione del prodotto è renderlo il più facilmente trasportabile (quindi, più piccolo e leggero). Se venisse utilizzato uno degli odierni processori per scopi generici, di fascia alta e in virgola mobile, sarebbe necessario avere anche un grande dissipatore di calore e una grande batteria; il telefono portatile sarebbe quindi costoso, ingombrante e pesante.

• Utilizzo della memoria e velocità: in generale, i calcoli in virgola fissa richiedono meno memoria e meno tempo di elaborazione per essere eseguiti.

• Costi: l’hardware in virgola fissa è più conveniente quando il prezzo/costo è una considerazione importante. Quando si utilizza l’hardware digitale in un prodotto, in particolare negli articoli prodotti in serie, l’hardware in virgola fissa costa molto meno dell’hardware in virgola mobile e può comportare risparmi significativi.

Dopo aver deciso di utilizzare l’hardware in virgola fissa, il passaggio successivo è scegliere un metodo per implementare il sistema dinamico (ad esempio, un sistema di controllo o un filtro digitale). Le librerie di emulazione del software in virgola mobile sono generalmente escluse a causa di vincoli temporali o di dimensioni della memoria. Pertanto, resta la matematica in virgola fissa in cui i valori interi binari vengono ridimensionati.