2.2. Сопроцессор

Под сопроцессором понимается устройство, не просто дополняющее набор команд и структуры, данных центрального процессора, но и взаимо­действующее с ним определенным образом. Совместная работа центрального процессора и сопроцессора представляет один из вариантов мультипро­цессорной обработки, в котором сопроцессор самостоятельно декодирует и выполняет команды из общего потока команд.

Компанией Intel выпускались сопроцессоры I8087, I80287 и I80387, которые предназначены для совместной работы с центральными процессорами I8086, I80286, I80386 соответственно.

Познакомимся с сопроцессорами на примере МП I8087. Микропроцессор 8087 предназначен для расширения вычислительных возможностей МПС на базе МП I8086 (I8088). Отличительная особенность его архитектуры – АЛУ с плавающей точкой. Применение МП обеспечивает повышение скорости арифметических операций с плавающей точкой в среднем в 100 раз. Ширина внутренней магистрали данных микропроцессора 68 разрядов. Числовые данные процессора I8087 делятся на три группы чисел:

• двоичные числа;

• упакованные двоично-десятичные;

• двоичные вещественные.

Двоичные числа представляются в дополнительном коде. Особенностью пред­ставления вещественных чисел является запись порядков в смещенной форме.

Микропроцессор I8087 вместе с центральным процессором подключается к локальной шине системы и анализирует поток команд, проходящих по шине. Обнаруживая «свою» команду, он принимает адрес, считывает операнд и выполняет соответствующую операцию.

Система команд МП I8087 включает:

• команды пересылки данных (загрузка, запоминание, обмен данными);

• команды арифметических операций (сложение, вычитание, умножение, деление, извлечение квадратного корня, округление до целого и т. п.);

• команды сравнения (сравнения, сравнения с нулем, сообщение о знаке);

• команды вычисления трансцендентных функций (tg, arctg и т.п.);

• команды загрузки констант (0, 1, PI и т.п.);

• команды управления процессором.

С точки зрения программиста, подключение сопроцессора I8087 к центральному процессору I8086 лишь увеличивает число регистров, команд и типов данных центрального процессора.

Достижения технологии позволили компании Intel уже в МП I80486 включить в состав кристалла центрального процессора АЛУ с плавающей точкой, т.е. на одном кристалле реализовать функции центрального процессора и сопроцессора.

2.3. Генератор тактовых импульсов

Генератор тактовых импульсов предназначен для синхронизации работы МП и МПС в целом. Последовательность или последовательности импульсов генератора используются МП для формирования машинных тактов, машинных циклов и циклов команд. Внутри МП может осуществляться как умножение, так и деление частоты импульсов тактового генератора. Как правило, генератор тактовых импульсов строиться с использованием во времязадающей цепи кварцевого резонатора. Однако, в тех случаях, когда не предъявляется жестких требований к стабильности частоты генератора, во времязадающей цепи используются простейшие реактивные элементы: индуктивности и емкости.

Генератор тактовых импульсов может быть реализован как на дискретных элементах, так и на интегральных микросхемах различной степени интеграции.

В состав микропроцессорных интегральных схем входят БИС, которые так и называются "Генератор тактовых импульсов". Примером БИС данного типа явля­ется микросхема I8284 [ХВОЩ87]. Ее структурная схема представлена на рис. 2.17.

Р ис. 2.17. Структурная схема генератора тактовых импульсов I8284

В состав микросхемы входят:

• задающий генератор (SGN);

• делитель частоты на 3 (DIV3);

• делитель частоты на 2 (DIV2);

• схема формирования сигнала готовности READY (F);

• пороговый элемент и логические схемы.

Микросхема I8224 формирует:

• тактовый сигнал OSC с частотой задающего генератора;

• тактовый сигнал CLK с частотой в три раза меньше частоты задающего генератора;

• тактовый сигнал PCLK с частотой в 6 раз меньше частоты задающего генератора;

• сигналы сброса RESET и готовности READY, синхронизированные со срезом сигнала CLK.

Для стабилизации частоты тактовых сигналов к входам микросхемы X1 и X2 подключается кварцевый резонатор. Вход TANK предназначен для под­ключения колебательного контура, работающего на высших гармониках резо­натора, чем обеспечивается стабилизация работы SGN в районе верхних частот диапазона. Сигнал OSC может использоваться для синхронизации других тактовых генераторов. Сигнал CLK используется в качестве сигнала синхро­низации для микропроцессора, а сигнал PCLK может быть использован для синхронизации периферийных устройств.

Микросхема обеспечивает возможность использования для формирования сигналов CLK, PCLK и синхронизации сигналов RESET и READY внешнего задающего генератора. Сигнал от внешнего задающего генератора подается на вход EFT. Выбор внутреннего или внешнего задающего генератора обеспечи­вается подачей управляющего сигнала на вход F/C: при “0” генерация тактовых импульсов производится генератором SGN; при “1” – внешним задающим гене­ратором. При работе от внешнего задающего генератора вход CSYN позволяет обеспечить синхронизацию тактовых сигналов путем сброса делителей частоты. При работе от генератора SGN этот вход заземляется. При формировании сигнала READY микросхема позволяет использовать сигналы, поступающие от двух источников, подключенных соответственно к входам RDY1 и RDY2.

П одключив к входу RES резистор R, конденсатор C и коммутационное устройство (кнопку) S как показано на рис. 2.18, можно обеспечить форми­рование сигнала RESET как при включении питания (см. рис. 2.19,а), так и при замыкании контактов коммутационного устройства S (см. рис. 2.19,б).

Рис. 2.18. Схема формирования сигнала RESET

В современных микроконтроллерах генератор тактовых импульсов реали­зуется на одном кристалле с процессором. В этом случае, к микроконтроллеру достаточно подключить только времязадающие цепи.