在数字信号处理的运算中，常见的相关函数计算、卷积运算、信号滤波和各种变换算法大多归结为
的乘加运算，因此
的形式出现最为频繁，所以DSP内部结构设计都是以优化上述乘加运算为主要目的。为了快速地实现数字信号处理运算，DSP芯片一般都采用特殊的软硬件结构。DSP芯片的基本硬件结构包括：哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令以及快速地指令周期。
（1）哈佛结构
主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。由于程序和数据在两个分开的空间，因此取指和执行能完全重叠。
（2）流水线操作
流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。下面所列是一个三级流水线操作的例子：
CLLOUT1
取指NN-1N-2；
译码N-1NN-2；
执行N-2N-1N，
（3）专用的硬件乘法器
专用的硬件乘法器，乘法速度越快，DSP处理器的性能越高。由于具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。
（4）特殊的DSP指令
DSP是采用特殊的指令。
（5）快速的指令周期
集成电路的优化设计可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。TMS320系列处理器的指令周期以及从第一代的200ns降低至现在的10ns以下。快速地指令周期使得许多应用系统能够在DSP芯片上得到实时实现。
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