Сопроцессор: архитектура, работа, типы и приложения

В микропроцессор чип, добавлена ​​новая схема для выполнения специальных задач, а также операции с числами для разгрузки работы ядра ЦП, так что ЦП может работать очень быстро. Дополнительный процессор, такой как сопроцессор, в основном используется в компьютерах для выполнения специальных задач, таких как обработка графического дисплея и широкие арифметические вычисления. Этот процессор предназначен для выполнения таких задач очень эффективно по сравнению с ЦП, поэтому общая скорость компьютера может быть увеличена. В этой статье обсуждается обзор сопроцессор –архитектура, работа и ее приложения.

Что такое сопроцессор?

Процессор, который работает с основным процессором компьютера, например, ЦП, бок о бок, называется сопроцессором. Этот процессор также известен как дополнительный компьютерный процессор. С помощью этого процессора можно выполнять некоторые сложные математические вычисления, такие как графика, отображаемая на экране, обработка сигналов, обработка строк, арифметика с плавающей запятой, интерфейс ввода-вывода и т. д.

Архитектура сопроцессора

Сопроцессор, подобный архитектуре 8087, показан ниже. Как правило, этот сопроцессор работает с микропроцессором параллельно. Этот сопроцессор был разработан Intel и использовался с 16-разрядными микропроцессорами семейства 8086. Когда процессор работает в сочетании с микропроцессором, вычислительная часть просто обрабатывается процессором, и это позволяет процессору использовать ресурсы для выполнения различных других действий.

На следующем рисунке представлена ​​архитектура сопроцессора 8087. Эта архитектура включает в себя два основных блока, таких как блок управления и блок числового исполнения, который также называется NEU.

В блоке управления есть различные блоки, такие как буфер данных, регистр слова управления и состояния, общая очередь операндов, указатель исключений и блок адресации и отслеживания шины. Numeric Execution Unit или NEU в основном включает в себя блок управления микрокодом, стек регистров, программируемый переключатель, временный регистры , арифметический модуль, модуль экспоненты и общая очередь операндов.

Блок управления в сопроцессоре предназначен для управления выполнением инструкции (IE), за которую отвечает числовой блок выполнения. В основном блок управления микрокодом (CU) блока числового исполнения получает числовые инструкции от блока управления сопроцессора. Этот сопроцессор имеет полные 8 регистров по 80 бит, и каждый из них используется в стеке LIFO. Операнды, над которыми будут выполняться инструкции сопроцессора, существуют в стеке регистров.

Существующий стек указывается через 3-битный SP (указатель стека), который содержит двоичные значения в диапазоне от 000 до 111 для отображения 8 регистров стека. Он работает в циклическом стеке в режиме LIFO. Но как только происходит действие сброса, указатель может быть инициализирован двоичным значением «000».

Три классификации числовых данных, по которым функции сопроцессора упакованы, представляют собой десятичные числа, действительные числа и двоичные целые числа. Двоичные целые числа бывают трех типов: 16-битное целое слово, 32-битное короткое целое и 64-битное длинное целое. 80-битный двоично-десятичный формат означает упакованные десятичные числа, в то время как действительные числа имеют 3 типа; 32-битное короткое действительное, 64-битное длинное действительное и 80-битное временное действительное.

Для передачи числовых данных в сопроцессор либо Используется 16-битная шина экспоненты или 64-битная шина мантиссы. . Сопроцессор включает 16-битное управляющее слово и 16-битное слово состояния.

Управляющее слово записывается в управляющий регистр, и это происходит таким образом, что сопроцессор изначально записывает управляющее слово в ячейку памяти. После этого сопроцессор просто считывает управляющее слово, используя ячейку памяти, и сохраняет его в управляющем регистре.

Точно так же слово состояния читается таким образом, что процессор отправляет данные в регистре состояния в ячейку памяти. Кроме того, этот сопроцессор считывает регистр состояния из этого конкретного места в памяти. Это означает, что процессор и микропроцессор взаимодействуют друг с другом через основную память.

Как работает сопроцессор?

Сопроцессор в основном предназначен для работы с процессорами 8086 и 8088. Сопроцессор используется, чтобы помочь системе работать более мощно, разгружая определенные задачи ЦП. Как только этот процессор работает в сочетании с микропроцессором, инструкции как микропроцессора, так и сопроцессора интегрируются во время написания программы. В начале инструкций в программе на языке ассемблера есть буква «F», которая представляет инструкции сопроцессора, тогда как инструкции без префикса «F» показывают инструкции микропроцессора.

Сначала инструкции извлекаются микропроцессором из памяти и последовательно загружаются в очередь, в то же время сопроцессор 8087 также считывает и сохраняет инструкции во внутренней очереди. Таким образом, это означает, что каждая отдельная инструкция может быть прочитана как сопроцессором, так и процессором, однако во время выполнения и сопроцессор, и микропроцессор могут выполнять выполнение своих конкретных инструкций. Это означает, что инструкция читается и декодируется. Если микропроцессор проверяет наличие инструкции сопроцессора, то эта инструкция обрабатывается как неиспользуемая. Точно так же, если этот сопроцессор приближается к какой-либо инструкции микропроцессора, это будет рассматриваться как отсутствие операции.

Типы сопроцессора

Существуют различные сопроцессоры, доступные в зависимости от производителей, например следующие.

Сопроцессор Intel 8087

Intel 8087 — это специально разработанный сопроцессор, который используется для выполнения математических вычислений, включающих значения с плавающей запятой и целые числа. Иногда его также называют процессором числовых данных и математическим процессором. Это числовой сопроцессор для процессоров Intel 80188, 8086, 80186 и 8088. Сопроцессор 8087 включает восемь 80-битных регистров общего назначения, которые выполняются как стек. Таким образом, все операции с плавающей запятой просто выполняются с данными из стека и из внешней памяти.

Сопроцессор Intel 8087 просто поддерживает двоично-десятичные числа, целые числа, числа с плавающей запятой одинарной и двойной точности, а также числа с плавающей запятой повышенной точности. Как только процессор 8087 загружает данные из памяти, он выполняет внутреннее преобразование для увеличения числа точности, и в дальнейшем все вычисления выполняются с использованием этого числа.

Таким образом, переключение с числа с двойной точностью на число с одинарной точностью или с 64-битного целого числа — 32-битные/16-битные целые числа не дает значительного повышения производительности. Сопроцессоры 8087 производились не только Intel, но и AMD, Cyrix и IBM.

Моторола 68881

Motorola 68881 — сопроцессор, который в основном используется во втором поколении Motorola 68K. микропроцессоры например Motorola 68030 и 68020. Теоретически этот сопроцессор используется с более ранними процессорами 68000 или 68010 в качестве периферийного устройства.

Сопроцессор Motorola 68881 просто функционирует как устройство с отображением памяти. Как только основной ЦП загружает инструкцию сопроцессора, он записывает код инструкции в CIR (регистры интерфейса сопроцессора), которые отображаются в адресном пространстве ЦП, и после этого он считывает ответ сопроцессора. сопроцессор из одного из регистров CIR.

Сопроцессоры Motorola 68881/68882 использовались в рабочих станциях IBM RT PC, рабочих станциях Sun Microsystems Sun-3, NeXT Computer, семействе Apple Computer Macintosh II, Amiga 3000, Sharp X68000, Convergent Technologies MightyFrame, TT, Atari Mega STE и Falcon. Эти процессоры также используются в некоторых сторонних продуктах Atari и Amiga, таких как устройство с отображением памяти на 68000.

Сопроцессоры движения Apple

Сопроцессоры Apple серии M известны как сопроцессоры движения, которые используются в мобильных устройствах Apple. Первый сопроцессор был разработан в 2013 году и использовался для сбора данных датчиков со встроенных гироскопов, акселерометров и компасов и выгрузки собранных данных датчиков с использованием основного ЦП.

Сопроцессоры Apple серии M просто собирают и сохраняют данные датчика, даже если устройство находится в спящем режиме, а приложения могут восстанавливать данные после повторного включения устройства. Таким образом, это снижает мощность, потребляемую устройством, и продлевает срок службы батареи.

Разница между процессором и сопроцессором

Разница между процессором и сопроцессором заключается в следующем.

Преимущества

К преимуществам сопроцессора относятся следующие.

• Сопроцессор просто быстрее справляется с более специализированными задачами по сравнению с основным ЦП.
• Эти процессоры просты в использовании и наиболее популярны.
• Это снижает нагрузку на микропроцессор, беря на себя специальные задачи обработки от ЦП, чтобы он работал на более высокой скорости.
• Этот процессор полезен для расширения возможностей обработки ЦП за счет расширения набора инструкций или предоставления регистров конфигурации.

Недостатки

К недостаткам сопроцессоров можно отнести следующее.

• Сопроцессор не способен восстанавливать инструкции из памяти, выполнять инструкции напрямую, управлять памятью, выполнять операции ввода-вывода.
• От основного процессора зависит восстановление инструкций сопроцессора и выполнение всех других операций, не связанных с сопроцессором.
• Это не основной процессор системы.
• Сопроцессор не может работать без основного микропроцессора.

Приложения

Приложения сопроцессоров включают следующее.

• Сопроцессор используется для выполнения некоторых более специализированных задач, таких как обработка графического изображения или сложные математические вычисления.
• Сопроцессор просто используется для снижения нагрузки на центральный процессор компьютера.
• Этот процессор работает параллельно с процессором компьютера.
• Этот процессор намного быстрее выполняет высокоуровневые математические операции по сравнению с основным процессором, такие как вычисления корней, логарифмов, тригонометрических функций и т. д.
• Сопроцессор расширяет возможности основного процессора.
• Сопроцессор выполняет различные операции, такие как обработка сигналов, арифметика с плавающей запятой, обработка строк, графика, интерфейс ввода-вывода через периферийные устройства, криптография и т. д.
• Эти процессоры представляют собой автономные микросхемы в более ранних настольных компьютерах, которые подключались к материнской плате.
• Сопроцессор обрабатывает задачи ЦП для повышения общей производительности.

Таким образом, это обзор сопроцессора – работа и ее приложения. Этот процессор также известен как математический процессор. Сопроцессор выполняет различные задачи намного быстрее, чем основной процессор. Таким образом, общая скорость компьютерной системы увеличивается. Этот процессор можно подключить к процессору ARM. Как только он будет добавлен, нам нужно увеличить набор инструкций основного процессора или включить настраиваемые регистры для увеличения вычислительной мощности. Вот вопрос к вам, что такое микропроцессор?