Kaasprotsessor: arhitektuur, töö, tüübid ja rakendused

Sees mikroprotsessor kiip, lisatakse uus vooluring eriülesannete täitmiseks ja ka toimingud numbritega CPU põhitöö mahalaadimiseks, et CPU saaks väga kiiresti töötada. Täiendavat protsessorit, näiteks kaasprotsessorit, kasutatakse peamiselt arvutites eriülesannete täitmiseks, nagu graafilise kuva töötlemine ja laiaulatuslikud aritmeetilised arvutused. See protsessor on loodud täitma selliseid ülesandeid võrreldes protsessoriga väga tõhusalt, seega saab arvuti üldist kiirust suurendada. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet a kaasprotsessor – arhitektuur, töö ja selle rakendused.

Mis on kaasprotsessor?

Protsessorit, mis töötab arvuti põhiprotsessoriga, nagu protsessor, kõrvuti, nimetatakse kaasprotsessoriks. Seda protsessorit tuntakse ka kui täiendavat arvutiprotsessorit. Seda protsessorit kasutades saab teha mõningaid keerulisi matemaatilisi arvutusi, nagu ekraanil kuvatav graafika, signaalitöötlus, stringide töötlemine, ujukoma aritmeetika, sisend-väljund liides jne.

Kaasprotsessori arhitektuur

Kaasprotsessori moodi 8087 arhitektuur on näidatud allpool. Üldiselt töötab see kaasprotsessor mikroprotsessoriga paralleelselt. Selle kaasprotsessori töötas välja Intel ja seda kasutati koos 16-bitiste 8086 perekonna mikroprotsessoritega. Kui protsessor töötab koos mikroprotsessoriga, tegeleb arvutusosaga lihtsalt protsessor ja see võimaldab protsessoril kasutada ressursse mitmesuguste muude toimingute tegemiseks.

Järgmine joonis kujutab 8087 kaasprotsessori arhitektuuri. See arhitektuur sisaldab kahte põhiüksust, nagu juhtseade ja numbriline täitmisüksus, mida nimetatakse ka NEU-ks.

Juhtplokis on erinevad üksused, nagu andmepuhver, juht- ja olekusõnaregister, jagatud operandi järjekord, erandi osuti ning aadressi- ja siini jälgimise üksus. Numeric Execution Unit ehk NEU sisaldab peamiselt mikrokoodijuhtimisseadet, registrivirnu, programmeeritavat nihutit, ajutist registrid , aritmeetikamoodul, eksponendimoodul ja jagatud operandi järjekord.

Kaasprotsessori juhtplokk juhib käsu täitmist (IE), mille eest vastutab numbriline täitmisüksus. Enamasti hangib numbrilise täitmisüksuse mikrokoodi juhtseade (CU) arvkäsud kaasprotsessori juhtplokilt. Sellel kaasprotsessoril on täielikud 8-80-bitist registrit ja kõiki neid kasutatakse LIFO-virnas. Operandid, mille üle kaasprotsessori käsud esinevad, on registrivirnas.

Olemasolev pinu on suunatud 3-bitise SP (pinu osuti) kaudu, mis hoiab binaarväärtusi vahemikus 000–111, et kuvada 8 pinuregistrit. See töötab LIFO-režiimis ringikujulise virnana. Kuid kui lähtestamistoiming toimub, saab kursori lähtestada kahendväärtusega '000'.

Arvandmed on kolm klassifikatsiooni, millel kaasprotsessori funktsioonid on pakitud kümnendarvud, reaalarvud ja kahendtäisarvud. Binaarsed täisarvud on kolme tüüpi 16-bitine sõna täisarv, 32-bitine lühike täisarv ja 64-bitine pikk täisarv. 80-bitine BCD-vorming tähistab pakitud kümnendnumbreid, samas kui reaalarvud on kolme tüüpi; 32-bitine lühike reaal, 64-bitine pikk reaal ja 80-bitine ajutine reaal.

Kaasprotsessoris olevate arvandmete edastamiseks kas a Kasutatakse 16-bitist eksponenti siini või 64-bitist mantissiini . Kaasprotsessor sisaldab 16-bitist juhtsõna ja 16-bitist olekusõna.

Juhtsõna kirjutatakse juhtregistrisse ja see toimub nii, et kaasprotsessor kirjutab juhtsõna algselt mälu asukohta. Pärast seda loeb kaasprotsessor lihtsalt mällu kasutades juhtsõna ja salvestab selle juhtregistrisse.

Sarnaselt loetakse olekusõna nii, et protsessor saadab olekuregistris olevad andmed mälu asukohta. Lisaks loeb see kaasprotsessor olekuregistrit sellest konkreetsest mälukohast. See tähendab, et protsessor ja mikroprotsessor suhtlevad omavahel põhimälu kaudu.

Kuidas kaasprotsessor töötab?

Kaasprotsessor on peamiselt loodud töötama nii 8086 kui ka 8088 protsessoritega. Kaasprotsessorit kasutatakse selleks, et aidata süsteemil töötada võimsamalt, laadides maha teatud protsessori ülesanded. Kui see protsessor töötab koos mikroprotsessoriga, integreeritakse programmi kirjutamise ajal nii mikroprotsessori kui ka kaasprotsessori juhised. Assamblee keele programmi juhiste alguses on 'F', mis tähistab kaasprotsessori juhiseid, ilma 'F' eesliiteta juhised aga näitavad mikroprotsessori juhiseid.

Alguses tõmbab mikroprotsessor juhised mälu asukohast ja laadib need järjestikku järjestikku, samal ajal loeb ja salvestab ka 8087 kaasprotsessor juhised sisejärjekorras. See tähendab, et iga käsku saab lugeda nii kaasprotsessori kui ka protsessori kaudu, kuid täitmise ajal saavad nii kaasprotsessor kui ka mikroprotsessor täita oma konkreetseid juhiseid. See tähendab, et juhised loetakse ja dekodeeritakse. Kui mikroprotsessor kontrollib, et kaasprotsessori käsk on olemas, käsitletakse seda käsku kui No-operation. Samamoodi, kui see kaasprotsessor läheneb mis tahes mikroprotsessori käsule, käsitletakse seda kui mittetoimimist.

Kaasprotsessorite tüübid

Saadaval on erinevad kaasprotsessorid, mis põhinevad järgmistel tootjatel.

Intel 8087 kaasprotsessor

Intel 8087 on spetsiaalselt loodud kaasprotsessor, mida kasutatakse ujukoma- ja täisarvväärtusi sisaldavate matemaatiliste arvutuste tegemiseks. Mõnikord on see tuntud ka kui arvandmete töötleja ja matemaatikaprotsessor. See on numbriline kaasprotsessor Inteli 80188, 8086, 80186 ja 8088 protsessoritele. 8087 kaasprotsessor sisaldab kaheksat 80-bitist üldregistrit, mis täidetakse virna. Seega tehakse kõik ujukoma toimingud lihtsalt virust ja välismälust pärit andmetega.

Intel 8087 kaasprotsessor toetab lihtsalt BCD-d, täisarvu, ühe- ja kahekordse täpsusega ujukoma numbreid ning ka laiendatud täppisujukoma numbreid. Kui 8087 protsessor laadib andmed mälust, teisendab see sisemiselt, et täppisarvu laiendada, ja edaspidi tehakse kõik arvutused selle numbri kaudu.

Nii et kahekordse täpsusega numbrilt ühe täpsusega numbrile üleminek, vastasel juhul 64-bitiselt täisarvult – 32-bitised/16-bitised täisarvud ei anna jõudlust oluliselt suurendada. 8087 kaasprotsessoreid ei tootnud mitte ainult Intel, vaid ka AMD, Cyrix ja IBM toodavad neid kaasprotsessoreid.

Motorola 68881

Motorola 68881 on kaasprotsessor, mida kasutatakse peamiselt koos 2. põlvkonna Motorola 68K mikroprotsessorid nagu Motorola 68030 ja 68020. Teoreetiliselt kasutatakse seda kaasprotsessorit varasemate 68000 või 68010 protsessoritega välisseadmena.

Motorola 68881 kaasprotsessor toimib lihtsalt nagu mälukaardistatud seade. Kui põhiprotsessor laadib kaasprotsessori käsud, kirjutab see käsukoodi CIR-i (kaasprotsessori liidese registrid), mis kaardistatakse CPU aadressiruumis, ja pärast seda loeb see protsessori vastuse. kaasprotsessor ühest CIR-registrist.

Motorola 68881/68882 kaasprotsessoreid kasutati IBM RT PC tööjaamades, Sun Microsystems Sun-3 tööjaamades, NeXT arvutites, Apple Computer Macintosh II perekonnas, Amiga 3000, Sharp X68000, Convergent Technologies MightyFrame, TT, Atari Mega STE ja Falcon Mega STE. Neid protsessoreid kasutatakse ka mõnes kolmanda osapoole Atari ja Amiga toodetes, näiteks 68000-le mäluga ühendatud seadmes.

Apple Motion kaasprotsessorid

Apple'i M-seeria kaasprotsessoreid tuntakse liikumise kaasprotsessoritena, mida kasutatakse Apple'i mobiilseadmetes. Esimene kaasprotsessor loodi 2013. aastal, mida kasutati andurite andmete kogumiseks integreeritud güroskoopidest, kiirendusmõõturitest ja kompassidest ning kogutud andurite andmete laadimiseks põhiprotsessori abil.

M-seeria Apple'i kaasprotsessorid lihtsalt koguvad protsesse ja salvestavad anduri andmeid isegi siis, kui seade on unerežiimis ning rakendused saavad andmeid taastada, kui seade uuesti sisse lülitatakse. Seega vähendab see seadme voolu ja säästab aku eluiga.

Protsessori ja kaasprotsessori erinevus

Protsessori ja kaasprotsessori erinevus hõlmab järgmist.

Eelised

Kaasprotsessori eelised hõlmavad järgmist.

• Kaasprotsessor lihtsalt tegeleb põhiprotsessoriga võrreldes spetsialiseeritud ülesannetega kiiremini
• Neid protsessoreid on lihtne kasutada ja need on kõige populaarsemad.
• See vähendab mikroprotsessori pinget, võttes protsessorilt spetsiaalseid töötlemisülesandeid, et see töötaks suurema kiirusega.
• See protsessor on abiks protsessori töötlemisfunktsioonide laiendamisel, laiendades käsukomplekti või pakkudes konfiguratsiooniregistreid.

Puudused

Kaasprotsessorite puudused hõlmavad järgmist.

• Kaasprotsessor ei ole võimeline mälust käske taastama, käske vahetult täitma, mälu haldama, sisend-väljundoperatsioone sooritama.
• Kaasprotsessori juhiste taastamine ja kõigi muude kaasprotsessoriga mitteseotud toimingute eest hoolitsemine sõltub põhiprotsessorist.
• See ei ole süsteemi peamine protsessor.
• Kaasprotsessor ei saa töötada ilma peamise mikroprotsessorita.

Rakendused

Kaasprotsessorite rakendused hõlmavad järgmist.

• Kaasprotsessorit kasutatakse mõnede spetsialiseeritud ülesannete täitmiseks, näiteks graafilise kuva töötlemise või keerukate matemaatiliste arvutuste tegemiseks.
• Kaasprotsessorit kasutatakse lihtsalt arvuti CPU koormuse vähendamiseks.
• See protsessor töötab arvuti CPU-ga kõrvuti.
• See protsessor sooritab põhiprotsessoriga võrreldes palju kiiremini kõrgetasemelisi matemaatilisi toiminguid, nagu juured, logaritmid, trigonomeetriafunktsioonid jne.
• Kaasprotsessor suurendab põhiprotsessori funktsioone.
• Kaasprotsessor teostab erinevaid toiminguid, nagu signaalitöötlus, ujukomaaritmeetika, stringide töötlemine, graafika, I/O-liides välisseadmete kaudu, krüptograafia jne.
• Need protsessorid on eraldiseisvad kiibid varasemates lauaarvutites, mis olid ühendatud emaplaadiga.
• Kaasprotsessor tegeleb CPU ülesannetega üldise jõudluse suurendamiseks.

Seega on see ülevaade kaasprotsessorist – töö ja selle rakendused. Seda protsessorit tuntakse ka kui matemaatikaprotsessorit. Kaasprotsessor täidab erinevaid ülesandeid palju kiiremini kui põhiprotsessor. Seega suureneb arvutisüsteemi üldine kiirus. Selle protsessori saab ühendada ARM-protsessoriga. Kui see on lisatud, peame suurendama Core CPU käsukomplekti või lisama konfigureeritavad registrid töötlemisvõimsuse suurendamiseks. Siin on teile küsimus, mis on mikroprotsessor?