Слайд 2
Сопроцессор
Сопроцессор – это специализированная
интегральная схема, которая работает в содружестве с ЦП, но
менее универсальна.
Принципиальное отличие процессора от сопроцессора – только у ЦП есть счетчик команд.
Способы обмена информацией между ЦП и сопроцессором:
Через прямое соединение входных и выходных портов.
С обменом через память.
Слайд 3
Математический сопроцессор
Предназначен для:
Быстрого выполнения арифметических
операций с плавающей точкой.
Содержит набор констант: 0, 1, log210,
log2e, loge2,... .
Может выполнять трансцендентные операции: tg, arctg, 2x-1, ylog2x, ....
Слайд 4
Форматы чисел
с плавающей точкой
Одинарная точность – 4
байта.
Двойная точность – 8 байт.
Тройная (расширенная) точность –
10 байт
S
Порядок
Мантисса
1 бит
8 бит
23 бита
S
Порядок
Мантисса
1 бит
11 бит
52 бита
S
Порядок
Мантисса
1 бит
15 бит
64 бит
Слайд 5
Структура сопроцессора 8087
Регистр управления
Регистр состояния
0
15
Управление
интерфейсом
Команда
Очередь
команд
Указатель команды
Указатель данных
0
31
Блок
управления
АD15-0
А19-16
S2-0
АЛУ для
порядка
числа
Тег
0
1
Сдвигатель
АЛУ для
мантиссы
Регистровый
стек
79
0
R0
R1
R7
Операционный блок
Слайд 6
Структура сопроцессора 8087
В
1980 году сопроцессор 8087 был реализован как отдельный элемент
по стандарту института электрических и электронных разработок IEEE.
Регистр управления – содержит биты масок особых случаев (маска переполнения, деления на 0).
PC – поле управления точностью (8,9 биты)
11- округление до расширенной точности (по умолчанию);
10 – округление до двойной точности;
00 – округление до одинарной точности.
RC – поле управления округлением (10,11 биты)
00 – округление к ближайшему (по умолчанию).
01 – округление к +∞ .
10 – округление к -∞.
11 – округление к 0.
Слайд 7
Регистр состояния –
флаги особых случаев.
ST (11-13 биты) – задается вершина стека.
B
(15 бит) – бит занятости:
1 – сопроцессор выполняет определенную команду;
0 – сопроцессор свободен.
Указатель команд (данных) – содержат адреса последней команды и ее операнда.
Тег (регистр признаков) – характеризует содержимое соответствующих целочисленных регистров.
00 – в регистре находится действительное число;
01 – нулевое число в регистре;
10 – недействительное число;
11 – пустой регистр.
Слайд 8
Сопроцессоры фирмы Intel
Схема сопроцессора 8087
делится на 2 устройства:
устройство шинного интерфейса;
устройство с плавающей точкой.
Сопроцессор 80287 был создан в 1985 году, изменения произошли только в устройстве шинного интерфейса. В отличии от 8087сопроцессор 80287 не имеет доступа к ША, поэтому все обращения к памяти выполняет ЦП.
В сопроцессоре 80387 изменения произошли в устройстве с плавающей точкой в обработке ошибок, также был реализован больший диапазон трансцендентных функций.
Слайд 9
Набор регистров блока FPU Pentium
R7
R0
0
63
64
77
78
79
0
1
0
15
0
47
Знак
Порядок
Мантисса
Тег
Регистр управления
Регистр состояния
Слово тегов
Указатель
команды
Указатель данных
Слайд 10
Блок FPU Pentium
Блок
FPU может:
выполнять одну операцию с плавающей точкой в каждом
такте;
получать и одновременно выполнять 2 команды с плавающей точкой , одной их которых должна быть команда обмена.
Команды с плавающей точкой проходят по целочисленному конвейеру (обычно только по U-конвейеру – 5 ступеней) и передаются на исполнительные ступени конвейера FPU (3 ступени).
Устройства целочисленных вычислений и вычислений с плавающей точкой в конвейерах работают независимо и одновременно.
Слайд 11
Вещественные форматы данных
Нечисла -
специальные значения, существующие только в вещественных форматах.
Они имеют смещенный порядок из всех единиц, любой знак, любую мантиссу.
Нечисла:
сигнализирующие;
тихие.
Система команд
Код операции всех команд сопроцессора начинается с 5 бит: 11011, которые соответствуют КОП ESC в ЦП 80286.
Мнемоника команд начинается с буквы «F»:
FIST
FADD
Слайд 12
Особенности программирования ЦП с сопроцессором
Обычно программист не
думает о параллельной работе ЦП и сопроцессора. Но есть исключения:
FIST I; (запомнить в память I)
MOV AX, I
ЦП 80286 начнет выполнять команду MOV раньше, чем 80287 закончит FIST, и в регистр AX будет передано неверное значение.
FIST I
FADD ST(3)
MOV AX, I
ЦП 80286, встретив FADD, должен ожидать завершение FIST.
Задача синхронизации процессоров возникает, когда 287 обращается к ячейкам памяти, к которым впоследствии обращается и 80286. Во всех случаях она решается вставкой FWAIT между подозрительными командами 287 и 286.
Слайд 13
Сопроцессорный интерфейс
ЦП Motorola MC 68020
Для ускорения
взаимодействия с сопроцессором в MC68020 поддерживается специальный сопроцессорный интерфейс.
ЦП
MC
68020
Сопроцессор
Интерфейс
CIR
Дешифратор
А19-А13
FC2-FC0
CS
A4 – A0
AS
R/W
DS
DSACK1
DSACK0
D0 – D31
Слайд 14
A19 - A13 – определяют операцию и тип
сопроцессора.
FC2 - FC0 – передается функциональный код (статус) сопроцессора.
А4
- А0 – передается номер регистра интерфейса CIR.
AS – строб адреса. Показывает достоверность адреса на ША.
DS – строб данных.
R/W – определяет направление пересылки.
DSACK1, DSACK2 - подтверждают пересылку и размер операнда. Служат для определения пересылки и динамического определения ширины ШД.
Слайд 15
Регистры интерфейса CIR
Регистр ответа.
Регистр управления.
Регистр сохранения.
Регистр восстановления.
Регистр слово
операции.
Регистр команды.
Регистр условия.
Регистр выбора.
Регистр операнда.
Регистр адреса операнда.
Регистр адреса инструкции.
16-разрядные
32
- разрядные
Слайд 16
Применение сопроцессоров
Обработка экономической информации.
Моделирование.
Графические преобразования.
Промышленное управление.
Системы числового управления.
Роботы.
Навигация.
Сбор
данных.
