Главная Обратная связь

Дисциплины:






Математический сопроцессор



Регистры микропроцессора

Для выполнения большинства операций нужно где-то хранить входные данные, промежуточные и итоговые результаты вычислений. Для их хранения и быстрого использования процессор имеет свои быстродействующие устройства памяти, называемые регистрами (иногда буферами). Числа в них раскладываются как бы по полочкам — разрядам так называемых регистров. Регистры имеют порты ввода и вывода данных. Иногда их объединяют, иногда регистры бывают двухпортовыми (по одному порту сигналы входят в регистр, а по другому выходят из него). Микропроцессор имеет множество регистровых операций — например очистки регистров, перемещения чисел из одного регистра в другой и т. д.

Имеются также регистры, в которых создаются и хранятся адреса ячеек ОЗУ с программами и данными — регистры адресации. Детали организации регистров и их названия едва ли нужны большинству пользователей, но программисты должны их знать. Так же как и язык программирования микропроцессоров Ассемблер, который переводит символические команды программ в машинные коды. Описанию всего этого добра посвящены многие книги, и если вы хотите всерьез освоить системное программирование ПК, обратитесь к таким книгам.

Блок управления памятью

В процессе работы процессор постоянно взаимодействует с памятью. Он получает из памяти коды команд и данные для вычислений и направляет в заданные ячейки памяти результаты вычислений. Для обеспечения этого процессор содержит блок управления памяти. Именно в этом блоке формируются адреса ячеек памяти, с которыми работает микропроцессор. Для работы с памятью большого размера используется страничная организация памяти — при ней адрес задается номером страницы и смещением внутри выбранной страницы. Начиная с процессоров Pentium III стала возможной линейная адресация к ячейкам памяти.

Порты ввода/вывода

Для обмена содержимым регистров микропроцессора с внешней памятью и иными периферийными устройствами служат порты ввода/вывода. Это название пришло от морских портов, имеющих маяки, буи, причалы, подъемные краны и прочее оборудование для приема и разгрузки или загрузки судов.

Аналогично этому порты микропроцессора — это совокупность средств для ввода и вывода данных. Порты обычно адресуются и имеют свои номера. Они могут передавать данные одновременно по нескольким шинам (параллельные порты) или по одной шине в режиме передачи данных с разделением во времени (последовательные порты).

Итак, микропроцессор — это довольно сложное комбинированное устройство, позволяющее по программе выполнять самые разнообразные функции. Некоторые из них (например обслуживание прерываний и обеспечение прямого доступа к памяти) мы рассмотрим позднее.



Блок команд

В процессор «зашито» множество команд, которые выполняются программно с помощью АЛУ. Их несколько больше 200. Это команды предшествующих поколений микропроцессоров 8086, 8088, 286, 386 и 486. Однако в новые процессоры включен целый ряд новых команд. Так, в процессоры класса Pentium ММХ и Pentium II было включено 57 новых команд для мультимедиа. ММХ или MultiMedia Extension означает «мультимедиа-расширение». В процессоры Pentium III включено 70 новых команд и в их числе команды поддержки быстрой трехмерной графики и работы в Internet. Целый ряд новых команд для обработки потоков аудио- и видеоинформации включен в новейшие микропроцессоры Pentium 4. Подобные расширения команд включены и в микропроцессоры других фирм. Выполнение команд микропроцессора возложено на блок команд.

Конвейер

В современных микропроцессорах предусмотрены структурные методы повышения скорости работы. Один из таких методов — конвейерная обработка информации. Это означает, что процессор имеет устройство — конвейер, в которое поступает сразу ряд команд. Пока в конце конвейера завершается выполнение первой поступившей в конвейер команды, в него поступают новые команды и начинается их обработка. Таким образом, в конвейере идет одновременное (или, как говорят, параллельное) выполнение ряда команд.

Математический сопроцессор

Математический сопроцессор это «машина», мало уступающая самому процессору по сложности схемы и числу компонентов. Это главное средство реализации мобильных вычислений самого высокого уровня! Он призван устранить главный недостаток микропроцессора — резкое снижение скорости вычислений для данных, представленных числами с плавающей точкой. Такие данные повсеместно встречаются при графических построениях или при работе с мультимедиа. В то же время они не характерны для микропроцессоров, ориентированных на работу с целыми числами.

Раньше (у процессоров 8088, 286 и 386) математические сопроцессоры в состав микропроцессоров не входили и выпускались в виде отдельных СБИС, вставляемых в колодку, установленную рядом с колодкой микропроцессора. Такие сопроцессоры использовали, в основном, научные работники для ускорения решения научных задач. Таких, к примеру, как моделирование технических устройств и систем.

Однако с превращением настольных ПК в мультимедийный компьютер обходиться без математического сопроцессора стало просто невозможно — это вело к слишком медленной обработке данных, обычно представленных числами с плавающей точкой (по-нашему с запятой). Поэтому, начиная с процессоров класса 486, математический сопроцессор включается в состав собственно микропроцессора и берет на себя все функции быстрых вычислений, как только обнаруживается, что данные представлены в форме чисел с плавающей точкой. Кроме того, математический сопроцессор реализует довольно сложные алгоритмы точного (около 20 верных знаков) вычисления различных математических функций, например квадратного корня, логарифма, синуса, косинуса и т. д.

Есть ли в микропроцессорах для КПК свой математический сопроцессор? Чаще всего его нет. Отказ от применения математического сопроцессора связан с необходимостью упрощения процессора. Однако это ведет к существенному падению быстродействия КПК. Можно не сомневаться в том, что уже в ближайшем будущем математические сопроцессоры (возможно, несколько облегченные) будут включены в состав микропроцессоров для КПК.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...