Coprocesador: arquitectura, funcionamiento, tipos y sus aplicaciones

en un microprocesador chip, se agregan nuevos circuitos para lograr tareas especiales y también operaciones en números para descargar el trabajo central de la CPU para que la CPU pueda funcionar muy rápido. Un procesador complementario como un coprocesador se usa principalmente en computadoras para lograr tareas especiales como el procesamiento de pantallas gráficas y cálculos aritméticos amplios. Este procesador está diseñado para realizar tales tareas de manera muy eficiente en comparación con la CPU, por lo que se puede aumentar la velocidad general de la computadora. Este artículo analiza una descripción general de un coprocesador –arquitectura, funcionamiento y sus aplicaciones.

¿Qué es el coprocesador?

Un procesador que trabaja con el procesador principal de una computadora como la CPU al lado del otro se conoce como coprocesador. Este procesador también se conoce como procesador informático complementario. Al usar este procesador, se pueden realizar algunos cálculos matemáticos difíciles, como los gráficos que se muestran en la pantalla, el procesamiento de señales, el procesamiento de cadenas, la aritmética de coma flotante, la interfaz de entrada-salida, etc.

Arquitectura del coprocesador

El coprocesador como la arquitectura 8087 se muestra a continuación. Generalmente, este coprocesador trabaja en paralelo con el microprocesador. Este coprocesador fue desarrollado por Intel y se utiliza con microprocesadores de la familia 8086 de 16 bits. Cuando el procesador funciona en combinación con el microprocesador, la parte de cálculo simplemente la maneja el procesador y esto permite que la CPU utilice los recursos para ejecutar varias otras actividades.

La siguiente figura representa la arquitectura del coprocesador 8087. Esta arquitectura incluye dos unidades principales como la unidad de control y una unidad de ejecución numérica que también se denomina NEU.

En la unidad de control, hay varias unidades como el búfer de datos, el registro de palabras de estado y control, la cola de operandos compartida, el puntero de excepción y la unidad de seguimiento de bus y direccionamiento. La Unidad de Ejecución Numérica o NEU incluye principalmente una unidad de control de microcódigo, registro de pila, cambiador programable, temporal registros , módulo aritmético, módulo exponente y cola de operandos compartidos.

La unidad de control en el coprocesador es para controlar la ejecución de instrucciones (IE) de la cual es responsable la Unidad de Ejecución Numérica. En su mayoría, la unidad de control de microcódigo (CU) de la unidad de ejecución numérica obtiene las instrucciones numéricas de la unidad de control del coprocesador. Este coprocesador tiene 8 registros completos de 80 bits y cada uno de estos se utiliza en la pila LIFO. Los operandos sobre los que ocurrirán las instrucciones del coprocesador existen en la pila de registros.

La pila existente se apunta a través del SP de 3 bits (puntero de pila) que contiene los valores binarios que van desde 000 a 111 para mostrar los 8 registros de pila. Funciona dentro de una forma de pila circular en modo LIFO. Pero, una vez que se produce la acción de reinicio, el puntero se puede inicializar con el valor binario '000'.

Las tres clasificaciones de datos numéricos en las que funciona el coprocesador se empaquetan con números decimales, números reales y enteros binarios. Los enteros binarios son tres tipos de enteros de palabras de 16 bits, enteros cortos de 32 bits y enteros largos de 64 bits. El formato BCD de 80 bits significa los números decimales empaquetados, mientras que los números reales son de 3 tipos; Real corto de 32 bits, real largo de 64 bits y real temporal de 80 bits.

Para transferir los datos numéricos en el coprocesador, ya sea un Se utiliza un bus de exponente de 16 bits o un bus de mantisa de 64 bits . El coprocesador incluye una palabra de control de 16 bits y una palabra de estado de 16 bits.

La palabra de control se escribe en el registro de control y esto ocurre de tal manera que el coprocesador inicialmente escribe la palabra de control dentro de la ubicación de la memoria. Después de eso, el coprocesador simplemente lee la palabra de control usando la ubicación de la memoria y la almacena en el registro de control.

De manera similar, la palabra de estado se lee de tal manera que el procesador envía los datos en el registro de estado hacia una ubicación de la memoria. Además, este coprocesador lee el registro de estado desde esa ubicación específica de la memoria. Esto significa que el procesador y el microprocesador se comunican entre sí a través de la memoria principal.

¿Cómo funciona el coprocesador?

El coprocesador está diseñado principalmente para funcionar con los procesadores 8086 y 8088. El coprocesador se utiliza para ayudar al sistema a ejecutarse con mayor potencia al descargar tareas específicas de la CPU. Una vez que este procesador funciona en combinación con el microprocesador, las instrucciones tanto del microprocesador como del coprocesador se integran mientras se escribe el programa. El comienzo de las instrucciones en el programa en lenguaje ensamblador tiene una 'F' que representa las instrucciones del coprocesador, mientras que las instrucciones sin el prefijo 'F' muestran las instrucciones del microprocesador.

Al principio, el microprocesador obtiene las instrucciones desde la ubicación de la memoria y las carga secuencialmente dentro de la cola; al mismo tiempo, el coprocesador 8087 también lee y almacena las instrucciones dentro de una cola interna. Esto significa que cada instrucción puede leerse a través del coprocesador y el procesador; sin embargo, en el momento de la ejecución, tanto el coprocesador como el microprocesador pueden ejecutar la ejecución de sus instrucciones particulares. Esto significa que la instrucción se lee y se decodifica. Si el microprocesador comprueba que hay una instrucción del coprocesador, entonces esa instrucción se trata como Sin operación. De manera similar, si este coprocesador se acerca a través de cualquier instrucción del microprocesador, se tratará como si no funcionara.

Tipos de coprocesador

Hay diferentes coprocesadores disponibles basados ​​en fabricantes como los siguientes.

Coprocesador Intel 8087

Intel 8087 es un coprocesador especialmente diseñado que se utiliza para realizar cálculos matemáticos que incluyen valores enteros y de coma flotante. A veces, también se conoce como procesador de datos numéricos y procesador matemático. Este es un coprocesador numérico para procesadores Intel 80188, 8086, 80186 y 8088. El coprocesador 8087 incluye ocho registros generales de 80 bits que se ejecutan como una pila. Entonces, todas las operaciones de coma flotante simplemente se realizan con datos de la pila y de la memoria externa.

El coprocesador Intel 8087 simplemente admite números de punto flotante de precisión BCD, enteros, simples y dobles y también números de punto flotante de precisión extendida. Una vez que el procesador 8087 carga datos de la memoria, los convierte internamente para ampliar el número de precisión y, además, todos los cálculos se realizan a través de este número.

Por lo tanto, cambiar de un número de doble precisión a un número de precisión simple, de lo contrario, desde un número entero de 64 bits, los números enteros de 32 bits/16 bits no brindan ningún aumento significativo en el rendimiento. Los coprocesadores 8087 no solo fueron fabricados por Intel, sino que AMD, Cyrix e IBM también fabrican estos coprocesadores.

motorola 68881

Motorola 68881 es un coprocesador que se utiliza principalmente con la segunda generación de Motorola 68K microprocesadores como Motorola 68030 y 68020. Teóricamente, este coprocesador se usa con CPU anteriores 68000 o 68010 como dispositivo periférico.

El coprocesador Motorola 68881 simplemente funciona como un dispositivo de memoria asignada. Una vez que la CPU principal carga la instrucción del coprocesador, escribe el código de instrucción en CIR (Registros de interfaz del coprocesador), que se asignan dentro del espacio de direcciones de la CPU, y luego lee la respuesta del coprocesador de uno de los registros CIR.

Los coprocesadores Motorola 68881/68882 se utilizaron en las estaciones de trabajo IBM RT PC, las estaciones de trabajo Sun Microsystems Sun-3, NeXT Computer, la familia Apple Computer Macintosh II, Amiga 3000, Sharp X68000, Convergent Technologies MightyFrame, TT, Atari Mega STE y Falcon. Estos procesadores también se utilizan en algunos productos Atari y Amiga de terceros, como un dispositivo de memoria asignada al 68000.

Coprocesadores de movimiento de Apple

Los coprocesadores de la serie M de Apple se conocen como coprocesadores de movimiento que se utilizan en los dispositivos móviles de Apple. El primer coprocesador se diseñó en 2013 y se utilizó para recopilar datos de sensores de giroscopios, acelerómetros y brújulas incorporados y descargar los datos de sensores recopilados utilizando la CPU principal.

Los coprocesadores de Apple de la serie M simplemente recopilan, procesan y almacenan los datos del sensor incluso si el dispositivo está inactivo y las aplicaciones pueden recuperar los datos una vez que el dispositivo se vuelve a encender. Así que esto disminuye la energía extraída del dispositivo y salva la vida de la batería.

Diferencia entre procesador y coprocesador

La diferencia entre procesador y coprocesador incluye lo siguiente.

Ventajas

Las ventajas de un coprocesador incluyen lo siguiente.

• El coprocesador simplemente maneja tareas más especializadas más rápido en comparación con la CPU central
• Estos procesadores son fáciles de usar y los más populares.
• Disminuye la tensión del microprocesador al tomar tareas de procesamiento especiales de la CPU para que funcione a una velocidad más alta.
• Este procesador es útil para ampliar las funciones de procesamiento de la CPU al expandir el conjunto de instrucciones u ofrecer registros de configuración.

Desventajas

Las desventajas de los coprocesadores incluyen lo siguiente.

• El coprocesador no es capaz de recuperar instrucciones de la memoria, ejecutar instrucciones directamente, administrar la memoria, realizar operaciones de E/S.
• Depende del procesador principal recuperar las instrucciones del coprocesador y encargarse de todas las demás operaciones no relacionadas con el coprocesador.
• Este no es el procesador principal del sistema.
• El coprocesador no puede funcionar sin el microprocesador principal.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los coprocesadores incluyen lo siguiente.

• El coprocesador se utiliza para realizar algunas de las tareas más especializadas, como el procesamiento de pantallas gráficas o cálculos matemáticos complejos.
• Un coprocesador se usa simplemente para reducir la carga en la CPU de una computadora.
• Este procesador trabaja con la CPU de la computadora de lado a lado.
• Este procesador realiza operaciones matemáticas de alto nivel mucho más rápido en comparación con el procesador principal, como raíces, logaritmos, funciones de trigonometría, etc.
• Un coprocesador aumenta las funciones del procesador primario.
• El coprocesador realiza diferentes operaciones como procesamiento de señales, aritmética de punto flotante, procesamiento de cadenas, gráficos, interfaces de E/S a través de dispositivos periféricos, criptografía, etc.
• Estos procesadores son chips independientes en computadoras de escritorio anteriores que estaban conectados a la placa base.
• Un coprocesador maneja las tareas de la CPU para aumentar el rendimiento general.

Así, esto es una descripción general de un coprocesador – el trabajo y sus aplicaciones. Este procesador también se conoce como procesador matemático. Un coprocesador realiza diferentes tareas mucho más rápido en comparación con la CPU central. Por lo tanto, la velocidad global del sistema informático aumenta. Este procesador se puede conectar a un procesador ARM. Una vez que se agrega, debemos aumentar el conjunto de instrucciones de Core CPU o incluir registros configurables para aumentar la potencia de procesamiento. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es un microprocesador?