协处理器 |计算机架构

介绍 ：
如果在微处理器芯片中，可以添加特殊用途的新电路来执行特殊任务或对数字执行操作，以卸载核心 CPU 的工作。然后 CPU 可以更快地工作。

我们可以在电机运行时使用传送带做一些额外的工作。因此，更有效地利用了电机。同样，当我们运行复杂的应用程序时，辅助处理器（即协处理器）处理工作的数学部分。

什么是协处理器？

• 协处理器多次被称为数学处理器。当协处理器执行例行数学任务时，核心处理器从这种计算中解放出来，节省了时间。通过从核心 CPU 中获取专门的处理任务，协处理器减少了主微处理器的压力，使其能够以更高的速度运行。
• 协处理器可以执行特殊任务，例如复杂的数学计算或图形显示处理。它们执行此类工作的速度比核心 CPU 快。结果，系统的整体计算机速度增加。
• 对于 ARM 处理器，我们可以附加协处理器。添加协处理器时，我们需要扩展Core CPU的指令集或添加可配置的寄存器，以增加处理能力。协处理器接口允许将几个协处理器连接到 ARM CPU。

协处理器如何工作？
协处理器通过卸载 CPU 的特定任务来帮助系统更有效地运行。他们可以

1. 独立型——
   它与 CPU 以异步方式工作。每当它执行任何任务/某些计算时，都不会与 CPU 同步。协处理器可以在这里独立做出决定。然后 CPU 可以完成自己的工作，而不必担心协处理器的工作。不是同步等待，而是释放发出请求的 CPU 来执行另一个任务。
2. 直接控制型——
   直接控制类型，例如浮点单元——由作为 CPU 指令集一部分的协处理器指令控制。发起请求的 CPU 等待或检查，直到协处理器完成操作。协处理器在这里不是独立的，而是由主 CPU 管理或控制的。 CPU 和协处理器在这里同步工作。

处理器的设计和实现方式使其可以向多个协处理器发送数据和指令。这些协处理器旨在与内核协调执行，并以相同的方式流水线化。

通过添加一组新的专用指令，协处理器可以扩展指令集。例如，为了处理向量浮点 (VFP) 操作，可以将一系列专用指令添加到正常的 ARM 指令集中。当指令被解码并且作为协处理器指令遇到时，该指令被传递到适当的协处理器。但是，如果协处理器不存在或在其指令集中找不到指令，则 ARM 会抛出未定义的指令异常。

协处理器的属性：

1. 没有主微处理器，协处理器就无法函数。
2. 主处理器必须识别和分离程序中的计算密集型指令。
3. 具有密集计算量的指令由协处理器执行。
4. 主处理器处理所有其他活动。

协处理器的功能：

• 协处理器无法从内存中检索指令、管理内存、直接执行指令（流控制类型）、执行 I/O 操作等。
• 协处理器依赖主机（主）处理器来检索协处理器指令并处理与协处理器无关的所有其他操作。
• 协处理器不是系统的主处理器。
• 协处理器可以执行：浮点算术运算，如加、减、乘、计算给定数字的平方根、估计给定数字的对数值等（对于浮点值），或信号、字符串、图形处理或加密/解密等
• 协处理器支持计算机定制，因此如果客户不需要额外的性能，则无需付费。

示例 – 英特尔 8087 协处理器：
Intel 8087 是第一个适用于 16 位运算的数学协处理器。它是为与英特尔 8086 微处理器配对而构建的。它的主要目的是减少应用程序提供输出所需的时间（需要高浮点计算）。
随着与主处理器一起引入协处理器，人们注意到应用程序的性能从 20% 提高到 500%。
8087 协处理器性能 – 每秒大约 50 千次浮点运算 (KFLOPS)。

8087协处理器功能图

Intel 8087 协处理器支持：

• 整数
• BCD
• 单精度浮点数
• 双精度浮点数
• 扩展精度（80 位）浮点数

该图显示了协处理器与 8086 微处理器的连接。
大多数协处理器都有——算术模块、临时寄存器和逻辑模块。