Coprocessador: Arquitectura, Treball, Tipus i les seves aplicacions

En a microprocessador xip, s'afegeixen nous circuits per aconseguir tasques especials i també operacions sobre números per descarregar el treball del nucli de la CPU de manera que la CPU pugui funcionar molt ràpidament. Un processador suplementari com un coprocessador s'utilitza principalment en ordinadors per assolir tasques especials com el processament de visualització gràfica i càlculs aritmètics amplis. Aquest processador està dissenyat per realitzar aquestes tasques de manera molt eficient en comparació amb la CPU, de manera que es pot augmentar la velocitat general de l'ordinador. Aquest article tracta una visió general d'a coprocessador –arquitectura, treball i les seves aplicacions.

Què és el coprocessador?

Un processador que funciona amb el processador principal d'un ordinador com la CPU al costat de l'altre es coneix com a coprocessador. Aquest processador també es coneix com a processador informàtic suplementari. Mitjançant l'ús d'aquest processador, es poden realitzar alguns càlculs matemàtics difícils com els gràfics que es mostren a la pantalla, el processament del senyal, el processament de la cadena, l'aritmètica de coma flotant, la interfície d'entrada-sortida, etc.

Arquitectura del coprocessador

A continuació es mostra el coprocessador com l'arquitectura 8087. Generalment, aquest coprocessador funciona amb el microprocessador de manera paral·lela. Aquest coprocessador va ser desenvolupat per Intel i utilitzat amb microprocessadors de la família 8086 de 16 bits. Quan el processador funciona en combinació amb el microprocessador, el processador simplement gestiona la part de càlcul i això permet que la CPU utilitzi els recursos per executar altres activitats.

La figura següent representa l'arquitectura del coprocessador 8087. Aquesta arquitectura inclou dues unitats principals com la unitat de control i una unitat d'execució numèrica que també s'anomena NEU.

A la unitat de control, hi ha diverses unitats com la memòria intermèdia de dades, el registre de paraules de control i d'estat, la cua d'operands compartits, el punter d'excepcions i la unitat d'adreçament i seguiment de bus. La unitat d'execució numèrica o NEU inclou principalment una unitat de control de microcodi, una pila de registres, un canviador programable, una unitat temporal registres , mòdul aritmètic, mòdul exponent i cua d'operands compartits.

La unitat de control del coprocessador ha de controlar l'execució d'instruccions (IE) de la qual és responsable la Unitat d'execució numèrica. Majoritàriament, la unitat de control de microcodi (CU) de la unitat d'execució numèrica obté les instruccions numèriques de la unitat de control del coprocessador. Aquest coprocessador té 8 registres complets de 80 bits i cadascun d'ells s'utilitza a la pila LIFO. Els operands sobre els quals es produiran les instruccions del coprocessador existeixen a la pila de registres.

La pila existent s'apunta a través del SP de 3 bits (punter de pila) que conté els valors binaris que oscil·len entre 000 i 111 per mostrar els 8 registres de pila. Funciona dins d'una pila circular en mode LIFO. Però, un cop es produeix l'acció de restabliment, el punter es pot inicialitzar amb el valor binari '000'.

Les dades numèriques tres classificacions en què les funcions del coprocessador són nombres decimals empaquetats, nombres reals i nombres enters binaris. Els nombres enters binaris són de tres tipus: enter de paraula de 16 bits, enter curt de 32 bits i enter llarg de 64 bits. El format BCD de 80 bits indica els números decimals empaquetats mentre que els nombres reals són de 3 tipus; Real curt de 32 bits, real llarg de 64 bits i real temporal de 80 bits.

Per transferir les dades numèriques al coprocessador a S'utilitza un bus exponent de 16 bits o un bus mantissa de 64 bits . El coprocessador inclou una paraula de control de 16 bits i una paraula d'estat de 16 bits.

La paraula de control s'escriu al registre de control i això té lloc de tal manera que el coprocessador escriu inicialment la paraula de control a la ubicació de la memòria. Després d'això, el coprocessador simplement llegeix la paraula de control utilitzant la ubicació de memòria i l'emmagatzema al registre de control.

De la mateixa manera, la paraula d'estat es llegeix de tal manera que el processador envia les dades del registre d'estat cap a una ubicació de memòria. A més, aquest coprocessador llegeix el registre d'estat des d'aquesta ubicació específica de memòria. Això vol dir que el processador i el microprocessador es comuniquen entre ells mitjançant la memòria principal.

Com funciona el coprocessador?

El coprocessador està dissenyat principalment per funcionar amb els processadors 8086 i 8088. El coprocessador s'utilitza per ajudar el sistema a funcionar amb més força mitjançant la descàrrega de tasques específiques de la CPU. Una vegada que aquest processador funciona en combinació amb el microprocessador, les instruccions tant del microprocessador com del coprocessador s'integren durant l'escriptura del programa. L'inici de les instruccions del programa de llenguatge assemblador té una 'F' que representa les instruccions del coprocessador, mentre que les instruccions sense prefix 'F' mostren les instruccions del microprocessador.

Al principi, el microprocessador agafa les instruccions des de la ubicació de la memòria i les carreguen seqüencialment dins de la cua, al mateix temps, el coprocessador 8087 també llegeix i emmagatzema les instruccions dins d'una cua interna. Això vol dir que cada instrucció es pot llegir tant a través del coprocessador com del processador, però en el moment d'execució, tant el coprocessador com el microprocessador poden executar l'execució de les seves instruccions particulars. Això vol dir que la instrucció es llegeix i es descodifica. Si el microprocessador comprova que hi ha una instrucció del coprocessador, aquesta instrucció es tractarà com a sense operació. De la mateixa manera, si aquest coprocessador s'apropa a qualsevol instrucció del microprocessador, es tractarà com a sense operació.

Tipus de coprocessador

Hi ha diferents coprocessadors disponibles segons fabricants com els següents.

Coprocessador Intel 8087

Intel 8087 és un coprocessador especialment dissenyat que s'utilitza per realitzar càlculs matemàtics que inclouen valors de coma flotant i enters. De vegades, també es coneix com a processador de dades numèriques i processador matemàtic. Aquest és un coprocessador numèric per als processadors Intel 80188, 8086, 80186 i 8088. El coprocessador 8087 inclou vuit registres generals de 80 bits que s'executen com una pila. Per tant, totes les operacions de coma flotant es realitzen simplement amb dades de la pila i de la memòria externa.

El coprocessador Intel 8087 simplement admet nombres de coma flotant de precisió simple i doble BCD, enters, i també números de coma flotant de precisió ampliada. Una vegada que el processador 8087 carrega dades de la memòria, es converteix internament per ampliar el nombre de precisió i, a més, tots els càlculs es realitzen mitjançant aquest número.

Per tant, canviar d'un nombre de doble precisió a un nombre de precisió única, en cas contrari, d'un nombre enter de 64 bits: els nombres enters de 32 bits/16 bits no ofereixen cap rendiment significatiu. Els coprocessadors 8087 no només van ser fabricats per Intel, sinó que AMD, Cyrix i IBM també fabriquen aquests coprocessadors.

Motorola 68881

Motorola 68881 és un coprocessador que s'utilitza principalment amb la segona generació de Motorola 68K microprocessadors com Motorola 68030 i 68020. Teòricament, aquest coprocessador s'utilitza amb les CPU anteriors 68000 o 68010 com a dispositiu perifèric.

El coprocessador Motorola 68881 simplement funciona com un dispositiu amb mapes de memòria. Una vegada que la CPU principal carrega la instrucció del coprocessador, escriu el codi d'instrucció a CIR (Registres d'interfície de coprocessador), que es mapegen dins de l'espai d'adreces de la CPU i, després d'això, llegeix la resposta de la CPU. coprocessador d'un dels registres CIR.

Els coprocessadors Motorola 68881/68882 es van utilitzar a les estacions de treball IBM RT PC, Sun Microsystems Sun-3, NeXT Computer, Apple Computer Macintosh II, Amiga 3000, Sharp X68000, Convergent Technologies MightyFrame, TT, Atari Mega STE & Falcon. Aquests processadors també s'utilitzen en alguns productes d'Atari i Amiga de tercers, com ara un dispositiu assignat a memòria al 68000.

Coprocessadors de moviment d'Apple

Els coprocessadors de la sèrie M d'Apple es coneixen com a coprocessadors de moviment que s'utilitzen als dispositius mòbils d'Apple. El primer coprocessador es va dissenyar l'any 2013, utilitzat per recopilar dades del sensor dels giroscopis, acceleròmetres i brúixoles incorporats i descarregar les dades del sensor recopilades mitjançant la CPU principal.

Els coprocessadors d'Apple de la sèrie M simplement recullen el procés i emmagatzemen les dades del sensor fins i tot si el dispositiu està adormit i les aplicacions poden recuperar les dades un cop el dispositiu torni a engegar. Així, això disminueix l'energia extreta del dispositiu i estalvia la vida útil de la bateria.

Diferència entre processador i coprocessador

La diferència entre processador i coprocessador inclou el següent.

Avantatges

Els avantatges d'un coprocessador inclouen els següents.

• El coprocessador simplement gestiona tasques més especialitzades més ràpidament en comparació amb la CPU principal
• Aquests processadors són fàcils d'utilitzar i els més populars.
• Disminueix la tensió del microprocessador agafant tasques de processament especials de la CPU perquè funcioni a una velocitat més alta.
• Aquest processador és útil per ampliar les funcions de processament de la CPU ampliant el conjunt d'instruccions o oferint registres de configuració.

Desavantatges

Els desavantatges dels coprocessadors inclouen els següents.

• El coprocessador no és capaç de recuperar instruccions de la memòria, executar directament instruccions, gestionar la memòria, realitzar operacions d'E/S.
• Depèn del processador principal recuperar les instruccions del coprocessador i fer-se càrrec de totes les altres operacions no relacionades amb el coprocessador.
• Aquest no és el processador principal del sistema.
• El coprocessador no pot funcionar sense el microprocessador principal.

Aplicacions

Les aplicacions dels coprocessadors inclouen les següents.

• El coprocessador s'utilitza per dur a terme algunes de les tasques més especialitzades, com ara el processament de visualització gràfica o càlculs matemàtics complexos.
• Un coprocessador simplement s'utilitza per reduir la càrrega de la CPU d'un ordinador.
• Aquest processador funciona amb la CPU de l'ordinador al costat de l'altre.
• Aquest processador realitza operacions matemàtiques d'alt nivell molt més ràpid en comparació amb el processador principal com arrels, logaritmes, funcions de trigonometria, etc.
• Un coprocessador augmenta les funcions del processador primari.
• El coprocessador realitza diferents operacions com processament de senyals, aritmètica de coma flotant, processament de cadenes, gràfics, interfície d'E/S a través de dispositius perifèrics, criptografia, etc.
• Aquests processadors són xips autònoms en ordinadors d'escriptori anteriors que estaven connectats a la placa base.
• Un coprocessador gestiona les tasques de la CPU per augmentar el rendiment general.

Així, això és una visió general d'un coprocessador – El treball i les seves aplicacions. Aquest processador també es coneix com a processador matemàtic. Un coprocessador realitza diferents tasques molt més ràpid en comparació amb la CPU principal. Així, la velocitat global del sistema informàtic augmenta. Aquest processador es pot connectar a un processador ARM. Un cop afegit, hem d'augmentar el conjunt d'instruccions de la CPU Core o incloure registres configurables per augmentar la potència de processament. Aquí teniu una pregunta: què és un microprocessador?