多处理器配置概述

多处理器 是一组同时执行指令的多个处理器。

多处理器基本上有三种配置

• 协处理器配置
• 紧耦合配置
• 松耦合配置

协处理器配置

协处理器执行与微处理器相同的任务。它是在微处理器芯片上专门设计的电路，用于减少主处理器的负载。它共享相同的内存、I/O 系统、总线、控制逻辑和时钟发生器。

协处理器处理特殊任务，如数学计算、屏幕上的图形显示等。

Intel 8086 和 8087 无法执行复杂的数学运算，因此在这些情况下，微处理器需要像 Intel 8087 数学协处理器这样的数学协处理器，它可以轻松地快速执行复杂的数学运算。

图：协处理器配置的框图

处理器和协处理器之间的连接

• 处理器和协处理器通过 RQ-/GT-、TEST、QS0 和 QS1 信号连接。
• TEST 信号连接到协处理器的 BUSY 引脚，其余 3 个引脚连接到协处理器的相同引脚。
• RQ-/GT-：该信号用于总线仲裁。
• QS0 和 QS1：这些用于跟踪主处理器的队列状态。
• TEST：此信号用于处理协处理器的活动，即协处理器空闲还是繁忙。

紧耦合配置

紧耦合配置与协处理器配置完全相似。与协处理器一样，它也与主处理器共享相同的内存、I/O 系统总线和控制逻辑以及控制发生器。

然而，主处理器和协处理器提取并执行它们自己的指令。系统总线由协处理器和主处理器独立处理。

图：紧耦合配置的框图

处理器和独立处理器如何连接？

• 内存空间用于提供独立处理器和主处理器之间的连接。
• 它不使用任何指令，如 WAIT、ESC 等进行通信。
• 主处理器向端口发送命令，以管理内存并唤醒独立处理器。
• 独立处理器访问内存并执行任务。
• 当任务完成后，它通过状态信号或中断请求向主处理器发送确认信号。

松耦合配置

松耦合多处理器配置由多个基于微处理器的系统模块组成，这些模块通过公共系统总线连接。此配置的每个模块都有自己的时钟发生器、内存、I/O 设备，并通过本地总线连接。

图：松耦合配置的框图

8087 数值数据处理器

8087 数值数据处理器 也称为数学协处理器、浮点单元或数值处理器扩展。

它最初由 Intel 设计，用于与 8086/8088 配对，从而实现更容易、更快的计算。

一旦 8086/8088 处理器识别出指令，它就会被发送到 8087 协处理器以进行进一步执行。

Intel 8087 支持的数据类型有

• 二进制整数
• 压缩十进制数
• 实数
• 临时实数格式

8087 数值数据处理器的特点

• 它支持不同的数据类型，如整数、浮点数和实数类型，范围从 2 到 10 字节。
• 它遵循 IEEE 浮点标准。
• 处理速度非常高。

8087 架构

• 8087 架构分为两组，即
  • 控制单元 (CU)
  • 数值扩展单元 (NEU)
• 控制单元 负责处理器和内存之间的所有通信，例如读取和写入内存操作数，接收和解码指令，维护并行队列等。
• 数值扩展单元 (NEU) 负责所有数值处理器指令，如算术、逻辑、超越和数据传输指令。它有 8 个寄存器堆栈，用于保存指令的操作数及其结果。
• CU 和 NEU 相互异步工作。
• Intel 8087 使用 QS0 和 QS1 引脚来获取和识别主机 CPU 提取的指令。
• 所有协处理器指令都由转义 (ESC) 指令代码位标识，即它们以“F”开头。协处理器仅执行转义指令，而其他指令由微处理器执行。
• 一旦 CPU 识别出 ESC 代码，它就会触发 8087 中数值处理器指令的执行。
• 在执行过程中，ESC 代码标识需要或不需要内存操作数的协处理器指令。如果 CPU 不需要任何内存操作数，它将直接执行，否则将使用 8086 中允许的任何一种寻址模式来计算操作数的物理地址，并且 CPU 启动 1 个虚拟读取周期。
• 然后 8087 准备好执行输出，CU 从 8086 获取总线的控制权，并执行一个写入周期以将输出写入预先指定的地址的内存中。
• 微代码控制单元生成执行指令所需的控制信号。
• 可编程移位器用于在执行 FMUL 和 FDIV 等指令期间移位操作数。

图：8087 协处理器的架构

8087 引脚描述

图：Intel 8087 的引脚图

• AD₀ - AD₁₅：这些是时间复用的地址/数据线，在 T1 时钟周期期间携带地址，在 T₂、T₃、T_w 和 T₄ 时钟周期期间携带数据。
• A₁₉/S₆ - A₁₆/S₃：这些是时间复用的地址/状态线。这些功能类似于 Intel 8086 的引脚。
• BHE/S₇：在第一个时钟周期期间，它用于将数据启用到 8086 数据总线的高字节，之后在 T₂、T₃、T_w 和 T₄ 时钟周期期间，它用作状态线 S7。
• QS₁ - QS₀：这些是队列状态输入信号，负责指令队列的状态。

QS₁ - QS₀ 的条件如下所示

• INT：这是一个中断信号，用于指示在执行期间已接收到未屏蔽的异常。
• BUSY (输出)：当 BUSY 信号高时，它向 CPU 指示繁忙状态。
• READY (输入)：只要 CPU 需要，该信号用于拒绝协处理器的内部活动并为其准备进一步的执行。
• S0、S1、S2：这些是状态信号，给出操作的状态，总线控制器 8087 使用这些信号来生成内存和 I/O 控制信号。

• RQ/GT1 和 RQ/GT0：这些是请求/授权信号，8087 处理器使用这些信号从主机处理器 8086/8088 获取总线的控制权以进行操作数传输。
• CLK (输入)：该输入提供处理器操作的基本时序。
• VCC：电源 +5V。