Yardımcı İşlemci: Mimari, Çalışma, Tipler ve Uygulamaları

İçinde mikroişlemci çip, özel görevleri gerçekleştirmek için yeni devreler eklenir ve ayrıca CPU çekirdek işini boşaltmak için sayılar üzerinde işlemler yapılır, böylece CPU çok hızlı çalışabilir. Yardımcı İşlemci gibi tamamlayıcı bir işlemci, bilgisayarlarda grafik görüntü işleme ve geniş aritmetik hesaplamalar gibi özel görevleri gerçekleştirmek için kullanılır. Bu işlemci, CPU'ya kıyasla bu tür görevleri çok verimli bir şekilde gerçekleştirmek için tasarlanmıştır, bu nedenle genel bilgisayar hızı artırılabilir. Bu makalede, bir yardımcı işlemci –mimari, çalışma ve uygulamaları.

Yardımcı işlemci nedir?

CPU gibi bir bilgisayarın ana işlemcisi ile yan yana çalışan bir işlemci, yardımcı işlemci olarak bilinir. Bu işlemci aynı zamanda yardımcı bilgisayar işlemcisi olarak da bilinir. Bu işlemci kullanılarak, ekranda görüntülenen grafikler, sinyal işleme, dizi işleme, kayan nokta aritmetiği, giriş-çıkış arabirimi vb. gibi bazı zor matematiksel hesaplamalar yapılabilir.

Yardımcı İşlemci Mimarisi

8087 mimarisi gibi yardımcı işlemci aşağıda gösterilmiştir. Genel olarak, bu yardımcı işlemci, mikroişlemci ile paralel olarak çalışır. Bu yardımcı işlemci, Intel tarafından geliştirilmiştir ve 16-bit 8086 ailesi mikroişlemcilerle birlikte kullanılmıştır. İşlemci, mikroişlemci ile birlikte çalıştığında, hesaplama kısmı basitçe işlemci tarafından gerçekleştirilir ve bu, CPU'nun diğer çeşitli faaliyetleri yürütmek için kaynakları kullanmasına izin verir.

Aşağıdaki şekil, 8087 yardımcı işlemcisinin mimarisini göstermektedir. Bu mimari, kontrol birimi ve NEU olarak da adlandırılan sayısal yürütme birimi olmak üzere iki ana birim içerir.

Kontrol ünitesinde, veri tamponu, kontrol ve durum word kaydı, paylaşımlı işlenen sırası, istisna işaretçisi ve adresleme ve veri yolu izleme ünitesi gibi çeşitli birimler vardır. Sayısal Yürütme Birimi veya NEU, temel olarak bir mikrokod kontrol birimi, kayıt yığını, programlanabilir değiştirici, geçici kayıtlar , aritmetik modül, üs modülü ve paylaşılan işlenen kuyruğu.

Yardımcı işlemcideki kontrol ünitesi, Sayısal Yürütme Biriminin sorumlu olduğu talimat yürütmeyi (IE) kontrol edecektir. Çoğunlukla, sayısal yürütme biriminin mikrokod kontrol birimi (CU), yardımcı işlemcinin kontrol biriminden sayısal talimatları alır. Bu yardımcı işlemci, 80 bitlik tam 8 kayda sahiptir ve bunların her biri LIFO yığınında kullanılır. Yardımcı işlemci talimatlarının gerçekleşeceği işlenenler, kayıt yığınında bulunur.

Mevcut yığın, 8 yığın kaydını göstermek için 000 – 111 arasındaki ikili değerleri tutan 3 bitlik SP (yığın işaretçisi) aracılığıyla işaret edilir. LIFO modunda dairesel bir yığın yolu içinde çalışır. Ancak, sıfırlama eylemi gerçekleştiğinde işaretçi '000' ikili değeri ile başlatılabilir.

Yardımcı işlemci işlevlerinin paketlenmiş ondalık sayılar, gerçek sayılar ve ikili tamsayılar olduğu sayısal veriler üç sınıflandırma. İkili tamsayılar, üç tip 16-bit word tamsayı, 32-bit kısa tamsayı ve 64-bit uzun tamsayıdır. 80-bit BCD formatı paketlenmiş ondalık sayıları gösterirken, gerçek sayılar 3 türdür; 32-bit kısa gerçek, 64-bit uzun gerçek ve 80-bit geçici gerçek.

Yardımcı işlemcideki sayısal verileri aktarmak için bir 16 bit üst veri yolu veya 64 bit mantis veri yolu kullanılır . Yardımcı işlemci, 16 bitlik bir kontrol word'ü ve 16 bitlik bir durum word'ü içerir.

Kontrol kelimesi kontrol kaydına yazılır ve bu, yardımcı işlemcinin başlangıçta kontrol kelimesini hafıza konumu içinde yazdığı şekilde gerçekleşir. Bundan sonra yardımcı işlemci, bellek konumunu kullanarak kontrol kelimesini okur ve onu kontrol kaydında saklar.

Benzer şekilde, durum sözcüğü, işlemcinin durum kaydındaki verileri belleğin bir konumuna göndereceği şekilde okur. Ayrıca, bu yardımcı işlemci, durum kaydını belleğin o belirli konumundan okur. Yani bu, işlemci ve mikroişlemcinin birbirleriyle ana bellek aracılığıyla iletişim kurduğu anlamına gelir.

Yardımcı İşlemci Nasıl Çalışır?

Yardımcı işlemci, temel olarak hem 8086 hem de 8088 işlemcilerle çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Yardımcı işlemci, belirli CPU görevlerinin yükünü boşaltarak sistemin daha güçlü çalışmasına yardımcı olmak için kullanılır. Bu işlemci, mikroişlemci ile birlikte çalıştığında, program yazılırken hem mikroişlemcinin hem de yardımcı işlemcinin komutları entegre edilir. Assembly dili programındaki talimatların başlangıcında, yardımcı işlemcinin talimatlarını temsil eden bir 'F' bulunurken, 'F' ön eki olmayan talimatlar mikroişlemcinin talimatlarını gösterir.

İlk başta, talimatlar mikroişlemci tarafından belleğin konumundan alınır ve sıralı olarak kuyruğa yüklenir, aynı zamanda 8087 yardımcı işlemcisi de talimatları bir iç sıra içinde okur ve saklar. Bu, her bir talimatın hem yardımcı işlemci hem de işlemci aracılığıyla okunabileceği anlamına gelir, ancak yürütme zamanında, hem yardımcı işlemci hem de mikroişlemci kendi özel talimatlarının yürütülmesini gerçekleştirebilir. Bu, talimatın okunduğu ve kodu çözüldüğü anlamına gelir. Mikroişlemci bir yardımcı işlemcinin komutunun olup olmadığını kontrol ederse, o komut işlem yok olarak değerlendirilir. Benzer şekilde, bu yardımcı işlemci, mikroişlemcinin herhangi bir komutuna yaklaşırsa, işlem yok olarak ele alınacaktır.

Yardımcı İşlemci Türleri

Üreticilere göre aşağıdaki gibi farklı yardımcı işlemciler mevcuttur.

Intel 8087 Yardımcı İşlemci

Intel 8087, kayan nokta ve tamsayı değerleri içeren matematiksel hesaplamaları gerçekleştirmek için kullanılan, özel olarak tasarlanmış bir yardımcı işlemcidir. Bazen sayısal veri işlemcisi ve matematik işlemcisi olarak da bilinir. Bu, Intel 80188, 8086, 80186 ve 8088 işlemciler için sayısal bir yardımcı işlemcidir. 8087 yardımcı işlemcisi, bir yığın olarak yürütülen sekiz adet 80 bitlik genel kayıt içerir. Böylece, tüm kayan nokta işlemleri, yığından ve harici bellekten gelen verilerle basitçe gerçekleştirilir.

Intel 8087 yardımcı işlemci, BCD, tamsayı, tek ve çift duyarlıklı kayan noktalı sayıları ve ayrıca genişletilmiş hassas kayan noktalı sayıları destekler. 8087 işlemcisi verileri bellekten yükledikten sonra kesinlik sayısını genişletmek için dahili olarak dönüştürür ve ayrıca tüm hesaplamalar bu sayı üzerinden gerçekleştirilir.

Bu nedenle, çift kesinlikli bir sayıdan tek kesinlikli bir sayıya, aksi takdirde 64 bit tam sayıdan – 32 bit/16 bit tamsayı sayılara geçiş, önemli bir performans artışı sağlamaz. 8087 yardımcı işlemciler yalnızca Intel tarafından üretilmemiştir, AMD, Cyrix & IBM de bu yardımcı işlemcileri üretmektedir.

motorola 68881

Motorola 68881, esas olarak 2. nesil Motorola 68K ile kullanılan bir yardımcı işlemcidir. mikro işlemciler Motorola 68030 ve 68020 gibi. Teorik olarak bu yardımcı işlemci, daha önceki 68000 veya 68010 CPU'larda çevresel aygıt olarak kullanılır.

Motorola 68881 yardımcı işlemcisi, bellek eşlemeli bir cihaz gibi çalışır. Ana CPU, yardımcı işlemcinin talimatını yükledikten sonra, talimat kodunu CPU'nun adres alanı içinde eşlenen CIR'ye (Yardımcı işlemci Arayüz Kayıtları) yazar ve bundan sonra yanıtını okur. CIR kayıtlarından birinin yardımcı işlemcisi.

Motorola 68881/68882 yardımcı işlemcileri, IBM RT PC iş istasyonları, Sun Microsystems Sun-3 iş istasyonları, NeXT Computer, Apple Computer Macintosh II ailesi, Amiga 3000, Sharp X68000, Convergent Technologies MightyFrame, TT, Atari Mega STE & Falcon'da kullanıldı. Bu işlemciler, 68000'e bellek eşlemeli bir cihaz gibi bazı üçüncü taraf Atari & Amiga ürünlerinde de kullanılır.

Apple Hareket Yardımcı İşlemcileri

Apple'ın M serisi yardımcı işlemcileri, Apple mobil aygıtlarında kullanılan hareket yardımcı işlemcileri olarak bilinir. İlk yardımcı işlemci 2013 yılında tasarlandı ve entegre jiroskoplardan, ivmeölçerlerden ve pusulalardan sensör verilerini toplamak ve ana CPU'yu kullanarak toplanan sensör verilerini boşaltmak için kullanıldı.

M-serisi Apple yardımcı işlemcileri, cihaz uykuda olsa bile sensörün verilerini işleyip depolar ve cihaz tekrar açıldığında uygulamalar verileri kurtarabilir. Böylece bu, cihazdan çekilen gücü azaltır ve pil ömründen tasarruf sağlar.

İşlemci ve Yardımcı İşlemci Arasındaki Fark

İşlemci ve yardımcı işlemci arasındaki fark aşağıdakileri içerir.

Avantajlar

Bir yardımcı işlemcinin avantajları aşağıdakileri içerir.

• Yardımcı işlemci, çekirdek CPU'ya kıyasla daha özel görevleri daha hızlı gerçekleştirir.
• Bu işlemcilerin kullanımı kolaydır ve en popüler olanlarıdır.
• Daha yüksek hızda çalışması için CPU'dan özel işlem görevleri alarak mikroişlemcinin yükünü azaltır.
• Bu işlemci, komut setini genişleterek veya yapılandırma kayıtları sunarak CPU'nun işleme özelliklerini genişletmeye yardımcı olur.

Dezavantajları

Yardımcı işlemcilerin dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• Yardımcı işlemci, komutları bellekten kurtarma, yönergeleri doğrudan yürütme, belleği yönetme, I/O işlemlerini gerçekleştirme yeteneğine sahip değildir.
• Yardımcı işlemci talimatlarını geri kazanmak ve yardımcı işlemciyle ilgili olmayan diğer tüm işlemleri halletmek ana işlemciye bağlıdır.
• Bu, sistemin ana işlemcisi değildir.
• Yardımcı işlemci, ana mikroişlemci olmadan çalışamaz.

Uygulamalar

Yardımcı işlemcilerin uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• Yardımcı işlemci, grafik görüntü işleme veya karmaşık matematiksel hesaplamalar gibi daha özel görevlerden bazılarını gerçekleştirmek için kullanılır.
• Yardımcı işlemci, basitçe bir bilgisayarın CPU'su üzerindeki yükü azaltmak için kullanılır.
• Bu işlemci, bilgisayarın CPU'su ile yan yana çalışır.
• Bu işlemci, kökler, logaritmalar, trigonometri fonksiyonları vb. gibi üst düzey matematiksel işlemleri ana işlemciye kıyasla çok daha hızlı gerçekleştirir.
• Yardımcı işlemci, birincil işlemcinin işlevlerini artırır.
• Yardımcı işlemci, sinyal işleme, kayan noktalı aritmetik, dizi işleme, grafikler, çevresel aygıtlar aracılığıyla G/Ç arabirimi oluşturma, kriptografi vb. gibi farklı işlemleri gerçekleştirir.
• Bu işlemciler, anakarta bağlı olan önceki masaüstü bilgisayarlarda bulunan bağımsız yongalardır.
• Bir yardımcı işlemci, genel performansı artırmak için CPU görevlerini yerine getirir.

Böylece, bu yardımcı işlemciye genel bakış – çalışma ve uygulamaları. Bu işlemci Matematik İşlemcisi olarak da bilinir. Bir yardımcı işlemci, çekirdek CPU'ya kıyasla farklı görevleri çok daha hızlı gerçekleştirir. Böylece, bilgisayar sisteminin genel hızı artar. Bu işlemci bir ARM işlemciye takılabilir. Eklendikten sonra Core CPU'nun komut setini artırmamız veya işlem gücünü artırmak için yapılandırılabilir kayıtlar eklememiz gerekir. İşte size bir soru, mikroişlemci nedir?