Bộ đồng xử lý: Kiến trúc, Làm việc, Các loại & Ứng dụng của nó

trong một bộ vi xử lý chip, mạch mới được thêm vào để đạt được các nhiệm vụ đặc biệt và cả các hoạt động trên các con số để giảm tải cho lõi CPU hoạt động để CPU có thể hoạt động rất nhanh. Bộ xử lý bổ sung như Bộ đồng xử lý chủ yếu được sử dụng trong máy tính để đạt được các tác vụ đặc biệt như xử lý hiển thị đồ họa và tính toán số học rộng. Bộ xử lý này được thiết kế để thực hiện các tác vụ như vậy rất hiệu quả so với CPU, do đó tốc độ tổng thể của máy tính có thể tăng lên. Bài viết này thảo luận về một cái nhìn tổng quan về một bộ đồng xử lý –kiến trúc, làm việc & các ứng dụng của nó.

Bộ đồng xử lý là gì?

Bộ xử lý hoạt động với bộ xử lý chính của máy tính như CPU ​​cạnh nhau được gọi là bộ đồng xử lý. Bộ xử lý này còn được gọi là bộ xử lý máy tính bổ sung. Bằng cách sử dụng bộ xử lý này, một số phép tính toán khó có thể được thực hiện như đồ họa hiển thị trên màn hình, xử lý tín hiệu, xử lý chuỗi, số học dấu phẩy động, giao diện đầu vào-đầu ra, v.v.

Kiến trúc bộ đồng xử lý

Bộ đồng xử lý giống như kiến ​​trúc 8087 được hiển thị bên dưới. Nói chung, bộ đồng xử lý này hoạt động song song với bộ vi xử lý. Bộ đồng xử lý này do Intel phát triển và được sử dụng với các bộ vi xử lý họ 8086 16-bit. Khi bộ xử lý hoạt động kết hợp với bộ vi xử lý, phần tính toán được xử lý đơn giản bởi bộ xử lý & điều này cho phép CPU sử dụng tài nguyên để thực hiện nhiều hoạt động khác.

Hình dưới đây mô tả kiến ​​trúc của bộ đồng xử lý 8087. Kiến trúc này bao gồm hai đơn vị chính như đơn vị điều khiển và đơn vị thực thi số còn được gọi là NEU.

Trong đơn vị điều khiển, có nhiều đơn vị khác nhau như bộ đệm dữ liệu, thanh ghi từ điều khiển & trạng thái, hàng đợi toán hạng dùng chung, con trỏ ngoại lệ, và đơn vị theo dõi địa chỉ & bus. Đơn vị thực thi số hoặc NEU chủ yếu bao gồm một đơn vị điều khiển vi mã, ngăn xếp thanh ghi, bộ chuyển đổi có thể lập trình, tạm thời đăng ký , mô-đun số học, mô-đun lũy thừa & hàng đợi toán hạng dùng chung.

Đơn vị điều khiển trong bộ đồng xử lý là để kiểm soát việc thực thi lệnh (IE) mà Đơn vị Thực thi Số chịu trách nhiệm. Hầu hết, đơn vị điều khiển vi mã (CU) của đơn vị thực thi số nhận được các hướng dẫn số từ đơn vị điều khiển của bộ đồng xử lý. Bộ đồng xử lý này có 8 thanh ghi 80 bit hoàn chỉnh và mỗi thanh ghi này được sử dụng trong ngăn xếp LIFO. Các toán hạng mà trên đó các lệnh của bộ đồng xử lý sẽ tồn tại trong ngăn xếp thanh ghi.

Ngăn xếp hiện tại được trỏ qua SP 3 bit (con trỏ ngăn xếp) chứa các giá trị nhị phân nằm trong khoảng từ 000 – 111 để hiển thị 8 thanh ghi ngăn xếp. Nó hoạt động theo cách xếp chồng tròn ở chế độ LIFO. Tuy nhiên, một khi hành động đặt lại xảy ra thì con trỏ có thể được khởi tạo bằng giá trị nhị phân '000'.

Dữ liệu số ba phân loại trên đó các chức năng đồng xử lý được đóng gói số thập phân, số thực & số nguyên nhị phân. Các số nguyên nhị phân có ba loại số nguyên từ 16 bit, số nguyên ngắn 32 bit và số nguyên dài 64 bit. Định dạng BCD 80 bit biểu thị các số thập phân được đóng gói trong khi số thực là 3 loại; Số thực ngắn 32 bit, số thực dài 64 bit và số thực tạm thời 80 bit.

Để truyền dữ liệu số trong bộ đồng xử lý, một Bus lũy thừa 16 bit hoặc bus mantissa 64 bit được sử dụng . Bộ đồng xử lý bao gồm từ điều khiển 16 bit và từ trạng thái 16 bit.

Từ điều khiển được ghi vào thanh ghi điều khiển & điều này diễn ra theo cách mà bộ đồng xử lý ban đầu ghi từ điều khiển vào vị trí của bộ nhớ. Sau đó, bộ đồng xử lý chỉ cần đọc từ điều khiển bằng cách sử dụng vị trí bộ nhớ và lưu nó vào thanh ghi điều khiển.

Tương tự, từ trạng thái đọc theo cách mà bộ xử lý gửi dữ liệu trong thanh ghi trạng thái tới một vị trí của bộ nhớ. Hơn nữa, bộ đồng xử lý này đọc thanh ghi trạng thái từ vị trí bộ nhớ cụ thể đó. Điều này có nghĩa là, bộ xử lý & bộ vi xử lý giao tiếp với nhau bằng bộ nhớ chính.

Bộ đồng xử lý hoạt động như thế nào?

Bộ đồng xử lý chủ yếu được thiết kế để hoạt động với cả bộ xử lý 8086 & 8088. Bộ đồng xử lý được sử dụng để giúp hệ thống chạy mạnh hơn bằng cách giảm tải các tác vụ cụ thể của CPU. Khi bộ xử lý này hoạt động kết hợp với bộ vi xử lý thì hướng dẫn của cả bộ vi xử lý và bộ đồng xử lý sẽ được tích hợp trong khi viết chương trình. Phần đầu của hướng dẫn trong chương trình hợp ngữ có chữ 'F' biểu thị hướng dẫn của bộ đồng xử lý trong khi hướng dẫn không có tiền tố 'F' hiển thị hướng dẫn của bộ vi xử lý.

Lúc đầu, các hướng dẫn được bộ vi xử lý tìm nạp từ vị trí của bộ nhớ và tải chúng theo thứ tự trong hàng đợi, đồng thời, bộ đồng xử lý 8087 cũng đọc và lưu trữ các hướng dẫn trong hàng đợi bên trong. Vì vậy, điều này có nghĩa là, mọi lệnh đơn lẻ đều có thể được đọc qua cả bộ đồng xử lý & bộ xử lý, tuy nhiên tại thời điểm thực thi, cả bộ đồng xử lý & bộ vi xử lý đều có thể thực hiện việc thực thi các lệnh cụ thể của chúng. Điều này có nghĩa là lệnh đó được đọc và giải mã. Nếu bộ vi xử lý kiểm tra rằng có hướng dẫn của bộ đồng xử lý thì lệnh đó được coi là Không hoạt động. Tương tự, nếu bộ đồng xử lý này tiếp cận bất kỳ hướng dẫn nào của bộ vi xử lý thì nó sẽ được coi là không hoạt động.

Các loại đồng xử lý

Có sẵn các bộ đồng xử lý khác nhau dựa trên các nhà sản xuất như sau.

Bộ đồng xử lý Intel 8087

Intel 8087 là bộ đồng xử lý được thiết kế đặc biệt được sử dụng để thực hiện các phép tính toán học bao gồm các giá trị số nguyên và dấu phẩy động. Đôi khi, nó còn được gọi là bộ xử lý dữ liệu số & bộ xử lý toán học. Đây là bộ đồng xử lý số cho bộ xử lý Intel 80188, 8086, 80186 & 8088. Bộ đồng xử lý 8087 bao gồm tám thanh ghi chung 80-bit được thực hiện như một ngăn xếp. Vì vậy, tất cả các hoạt động dấu chấm động được thực hiện đơn giản với dữ liệu từ ngăn xếp & từ bộ nhớ ngoài.

Bộ đồng xử lý Intel 8087 chỉ hỗ trợ BCD, số nguyên, số dấu phẩy động chính xác đơn & kép cũng như số dấu phẩy động chính xác mở rộng. Khi bộ xử lý 8087 tải dữ liệu từ bộ nhớ, sau đó nó sẽ chuyển đổi bên trong để mở rộng số chính xác và hơn nữa, tất cả các phép tính được thực hiện thông qua số này.

Vì vậy, việc chuyển từ số có độ chính xác kép sang số có độ chính xác đơn hoặc từ số nguyên 64 bit – số nguyên 32 bit/16 bit không mang lại bất kỳ hiệu suất tăng cường đáng kể nào. Bộ đồng xử lý 8087 không chỉ được sản xuất bởi Intel mà AMD, Cyrix & IBM cũng sản xuất các bộ đồng xử lý này.

Motorola68881

Motorola 68881 là bộ đồng xử lý được sử dụng chủ yếu với thế hệ thứ 2 của Motorola 68K bộ vi xử lý như Motorola 68030 & 68020. Về mặt lý thuyết, bộ đồng xử lý này được sử dụng với các CPU 68000 hoặc 68010 trước đó như một thiết bị ngoại vi.

Bộ đồng xử lý Motorola 68881 chỉ đơn giản hoạt động như một thiết bị ánh xạ bộ nhớ. Sau khi CPU chính tải lệnh của bộ đồng xử lý, sau đó nó ghi mã lệnh vào CIR (Thanh ghi giao diện bộ đồng xử lý), được ánh xạ trong không gian địa chỉ của CPU và sau đó, nó đọc phản hồi của bộ đồng xử lý. bộ đồng xử lý từ một trong các thanh ghi CIR.

Bộ đồng xử lý Motorola 68881/68882 đã được sử dụng trong các máy trạm IBM RT PC, máy trạm Sun Microsystems Sun-3, NeXT Computer, Apple Computer Macintosh II family, Amiga 3000, Sharp X68000, Convergent Technologies MightyFrame, TT, Atari Mega STE & Falcon. Các bộ xử lý này cũng được sử dụng trong một số sản phẩm Atari & Amiga của bên thứ ba như thiết bị ánh xạ bộ nhớ tới 68000.

Bộ đồng xử lý chuyển động của Apple

Bộ đồng xử lý M-series của Apple được gọi là bộ đồng xử lý chuyển động được sử dụng trong các thiết bị di động của Apple. Bộ đồng xử lý đầu tiên được thiết kế vào năm 2013, dùng để thu thập dữ liệu cảm biến từ con quay hồi chuyển, gia tốc kế và la bàn được tích hợp đồng thời giảm tải dữ liệu cảm biến đã thu thập bằng CPU chính.

Bộ đồng xử lý Apple dòng M chỉ cần thu thập quy trình và lưu trữ dữ liệu của cảm biến ngay cả khi thiết bị ở chế độ ngủ và các ứng dụng có thể khôi phục dữ liệu sau khi thiết bị được cấp nguồn trở lại. Vì vậy, điều này làm giảm năng lượng lấy từ thiết bị và tiết kiệm tuổi thọ của pin.

Sự khác biệt giữa Bộ xử lý và Bộ đồng xử lý

Sự khác biệt giữa bộ xử lý & bộ đồng xử lý bao gồm những điều sau đây.

Thuận lợi

Những lợi thế của một bộ đồng xử lý bao gồm những điều sau đây.

• Bộ đồng xử lý đơn giản xử lý các tác vụ chuyên biệt nhanh hơn so với CPU lõi
• Những bộ xử lý này dễ sử dụng và phổ biến nhất.
• Nó làm giảm sự căng thẳng của bộ vi xử lý bằng cách lấy các tác vụ xử lý đặc biệt từ CPU để nó chạy ở tốc độ cao hơn.
• Bộ xử lý này rất hữu ích trong việc mở rộng các tính năng xử lý của CPU bằng cách mở rộng tập lệnh hoặc bằng cách cung cấp các thanh ghi cấu hình.

Nhược điểm

Những nhược điểm của bộ đồng xử lý bao gồm những điều sau đây.

• Bộ đồng xử lý không có khả năng khôi phục các lệnh từ bộ nhớ, thực hiện trực tiếp các lệnh, quản lý bộ nhớ, thực hiện các thao tác I/O
• Nó phụ thuộc vào bộ xử lý chính để lấy lại các hướng dẫn của bộ đồng xử lý & xử lý tất cả các hoạt động khác không liên quan đến bộ đồng xử lý.
• Đây không phải là bộ xử lý chính của hệ thống.
• Bộ đồng xử lý không thể hoạt động nếu không có bộ vi xử lý chính.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của bộ đồng xử lý bao gồm những điều sau đây.

• Bộ đồng xử lý được sử dụng để thực hiện một số tác vụ chuyên biệt hơn như xử lý hiển thị đồ họa hoặc tính toán toán học phức tạp.
• Bộ đồng xử lý được sử dụng đơn giản để giảm gánh nặng cho CPU của máy tính.
• Bộ xử lý này hoạt động song song với CPU của máy tính.
• Bộ xử lý này thực hiện các phép toán cấp cao nhanh hơn nhiều so với bộ xử lý chính như căn, logarit, hàm lượng giác, v.v.
• Bộ đồng xử lý làm tăng các chức năng của bộ xử lý chính.
• Bộ đồng xử lý thực hiện các hoạt động khác nhau như xử lý tín hiệu, số học dấu phẩy động, xử lý chuỗi, đồ họa, giao tiếp I/O thông qua các thiết bị ngoại vi, mật mã, v.v.
• Những bộ xử lý này là những con chip độc lập trong các máy tính để bàn trước đó được kết nối với bo mạch chủ.
• Bộ đồng xử lý xử lý các tác vụ của CPU để tăng hiệu suất tổng thể.

Như vậy, đây là tổng quan về bộ đồng xử lý - làm việc và các ứng dụng của nó. Bộ xử lý này còn được gọi là Bộ xử lý toán học. Bộ đồng xử lý thực hiện các tác vụ khác nhau rất nhanh so với CPU lõi. Do đó, tốc độ tổng thể của hệ thống máy tính tăng lên. Bộ xử lý này có thể được gắn vào bộ xử lý ARM. Sau khi nó được thêm vào, chúng ta cần tăng tập lệnh của Core CPU hoặc bao gồm các thanh ghi có thể định cấu hình để tăng sức mạnh xử lý. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, bộ vi xử lý là gì?