Motorola 68000 серии - Motorola 68000 series

Эта статья о семействе микропроцессоров. О первом подобном микропроцессоре в этом семействе см. Motorola 68000.
Motorola 68000
ДизайнерMotorola
Биты32-битный
Введено1979; 41 год назад (1979)
ДизайнCISC
РазветвлениеКод состояния
Порядок байтовБольшой
Регистры
Общее назначение8 32-битных регистров данных + 7 32-битных адресных регистров, которые также можно использовать для большинства операций + указатель стека
Плавающая точка8 × 80 бит, если присутствует FP

В Motorola 68000 серии (также известный как 680x0, m68000, m68k, или же 68 тыс.) - это семья 32-битный компьютер со сложной системой команд (CISC) микропроцессоры. В 1980-х и начале 1990-х они были популярны в персональные компьютеры и рабочие станции и были основными конкурентами Intel с x86 микропроцессоры. Они были наиболее известны как процессоры, использовавшиеся в ранних версиях Apple. Macintosh, Sharp X68000, Коммодор Amiga, то Sinclair QL, то Atari ST, то Sega Genesis (Mega Drive), AT&T UnixPC, Тэнди Модель 16 / 16B / 6000, Sun Microsystems Вс-1, Вс-2 и Вс-3, то Компьютер NeXT, то Инструменты Техаса ТИ-89 /ТИ-92 калькуляторы, Palm Pilot (все модели под управлением Palm OS 4.x или более ранней версии) и Космический шатл. Хотя ни один из современных настольных компьютеров не основан на процессорах серии 680x0, производные процессоры все еще широко используются в встроенные системы.

Motorola прекратил разработку архитектуры серии 680x0 в 1994 году, заменив ее PowerPC RISC архитектура, которая была разработана совместно с IBM и Компьютер Apple как часть AIM альянс.

Члены семьи

История улучшений

68010:

  • Поддержка виртуальной памяти (перезапускаемые инструкции)
  • 'режим цикла' для более быстрых примитивов библиотеки строк и памяти
  • инструкция умножения использует на 14 тактов меньше

68020:

68030:

68040:

  • Кеши инструкций и данных 4КБ каждый
  • Шестиступенчатый конвейер
  • На чипе блок с плавающей запятой (FPU)
  • В FPU отсутствует IEEE трансцендентная функция способность
  • Эмуляция FPU работает с чипами 2E71M и более поздних версий.
  • Низкая стоимость LC = без FPU
  • Низкая стоимость EC = без FPU и MMU

68060:

  • Кеши инструкций и данных по 8 КБ каждый
  • 10-ти ступенчатый конвейер
  • Двухцикловый блок целочисленного умножения
  • Прогноз ветвления
  • Двойной конвейер команд
  • Инструкции в блок генерации адресов (AGU) и тем самым передать результат за два цикла до ALU
  • Низкая стоимость LC = без MMU
  • Низкая стоимость EC = без MMU и FPU

Карта функций

ГодЦПУУпаковкаЧастота (макс.) [В МГц]Биты адресной шиныMMUFPU
19796800064-контактный двухрядный корпус (ОКУНАТЬ), 68-контактный LCC, 68-контактный матрица сетки выводов (PGA)[1]8–2024--
19826801064-контактный DIP, 68-контактный PLCC, 68-контактный PGA[2]8–16.672468451-
198468020114-контактный PGA[3]12.5–33.33326885168881
-68EC020100-контактный Пакет Quad Flat (QFP)[4]16.7–2524--
198768030132-контактный QFP (Максимум 33 МГц), 128-контактный PGA[5]16–5032MMU68881
68EC030132-контактный QFP, 128-контактный PGA2532-68881
199168040179-контактный PGA,[6] 184-контактный QFP[7]20–4032MMUFPU
68LC040PGA,[7] 184-контактный QFP[7]20–3332MMU-
68EC04020–33[7]32--
199468060206-контактный PGA[8][9]50–7532MMUFPU
68LC060206-контактный PGA,[8][9] 208-контактный QFP[10]50–7532MMU-
68EC060206-контактный PGA[8][9]50–7532--

Основные виды использования

В Sega Genesis использовал 68000 с тактовой частотой 7,67 МГц в качестве основного процессора.

Линия процессоров 680x0 использовалась во множестве систем, от современных high-end Инструменты Техаса калькуляторы ( ТИ-89, ТИ-92, и Вояж 200 линий) всем членам Palm Pilot серии, работающие под управлением Palm OS 1.x - 4.x (OS 5.x - РУКА на основе), и даже радиационно стойкий версии в критических системах управления Космический шатл.

Тем не менее, семейство процессоров 680x0 стало наиболее известным как процессоры, обеспечивающие передовые настольные компьютеры и игровые приставки например, Apple Macintosh, Коммодор Amiga, то Sinclair QL, то Atari ST, СНК NG AES /Neo Geo CD, Атари Ягуар, Commodore CDTV, и несколько других. Процессоры 680x0 также были предпочтительными в 1980-х годах для Unix рабочие станции и серверы такие как AT&T UnixPC, Тэнди Модель 16 / 16B / 6000, Sun Microsystems ' Вс-1, Вс-2, Вс-3, Компьютер NeXT, Силиконовая Графика (SGI) и многие другие. Была 68000 версия CP / M под названием CP / M-68K, который изначально предлагался в качестве операционной системы Atari ST, но Atari выбрала Atari TOS вместо. Было доступно много системных портов CP / M-68K, например, TriSoft предложила порт CP / M-68K для Tandy Model 16 / 16B / 6000.

Кроме того, что, возможно, наиболее важно, первые несколько версий интерпретаторов Adobe PostScript были основаны на 68000. 68000 в Apple LaserWriter и LaserWriter Plus работал быстрее, чем версия, используемая тогда на компьютерах Macintosh. Быстрый 68030 в более поздних интерпретаторах PostScript, включая LaserWriter IIntx, IIf и IIg со стандартным разрешением (также 300 dpi), LaserWriter Pro 600 с более высоким разрешением (обычно 600 dpi, но ограничен до 300 dpi при минимальном установленном ОЗУ) и очень высокий разрешающая способность Линотроник фотонаборные устройства 200PS (1500+ dpi) и 300PS (2500+ dpi). После этого Adobe обычно предпочитала RISC для своего процессора, поскольку ее конкуренты с их клонами PostScript уже отказались от RISC, часто это AMD 29000-й серии. Первые интерпретаторы Adobe PostScript на базе 68000 и их оборудование были названы в честь Холодная война -эры ракеты и ракеты США: Атлас, Редстоун и др.

Сегодня эти системы либо являются конечными (в случае Atari), либо используют другие процессоры (в случае Macintosh, Amiga, Sun и SGI). Поскольку пиковая доля этих платформ на рынке пришлась на 1980-е годы, их производители либо больше не поддерживают операционную систему для этого оборудования, либо прекратили свою деятельность. Однако GNU /Linux, NetBSD и OpenBSD операционные системы по-прежнему включают поддержку 68000 процессоров.

Процессоры 68000 также использовались в Sega Genesis (Mega Drive) и СНК Neo Geo консоли в качестве основного процессора. Другие консоли, такие как Sega Saturn использовал 68000 для обработки звука и других задач ввода / вывода, в то время как Атари Ягуар включая 68000, который был предназначен для базового управления системой и обработки ввода, но из-за необычного ассортимента разнородных процессоров Jaguar также часто использовался для выполнения игровой логики. Многие игровые платы также использовали 68000 процессоров, включая платы от Capcom, SNK и Sega.

Микроконтроллеры производные от семейства 68000, используются в самых разных приложениях. Например, CPU32 и Холодный огонь Микроконтроллеры производятся миллионами в качестве контроллеров автомобильных двигателей.

Многие проприетарные системы редактирования видео используют 68000 процессоров. В этой категории мы можем назвать MacroSystem Casablanca, которая представляла собой черный ящик с простым в использовании графическим интерфейсом (1997 г.). Он был предназначен для рынка любительских и любительских видеооператоров. Также стоит отметить его более ранний, более крупный и профессиональный аналог, названный "DraCo" (1995), The New York Times. Quantel Paintbox Серия ранних 24-битных систем рисования и эффектов была первоначально выпущена в 1981 году, и за время своего существования она использовала почти весь диапазон процессоров семейства 68000, за единственным исключением 68060, который никогда не был реализован в ее конструкции. Другой конкурент на арене видео, система Abekas 8150 DVE, использовала 680EC30, а Trinity Play, позже переименованная в Globecaster, использует несколько 68030. Система видеографики Bosch FGS-4000/4500 производства Robert Bosch Corporation, позже BTS (1983), использовала 68000 в качестве основного процессора; он заставил нескольких других выполнять 3D-анимацию на компьютере, который мог легко применять затенение Гуро и Фонга. Он работает под управлением модифицированной операционной системы Motorola Versados.

Архитектура

Люди, знакомые с PDP-11 или же VAX обычно чувствуют себя комфортно с 68000. За исключением разделения регистров общего назначения на специализированные регистры данных и адресные регистры, архитектура 68000 во многих отношениях является 32-битным PDP-11.

У него было больше ортогональный набор команд чем у многих процессоров до (например, 8080) и после (например, x86). То есть обычно можно было свободно комбинировать операции с операндами, а не ограничиваться использованием определенных режимов адресации с определенными инструкциями. Это свойство сделало программирование относительно простым для людей, а также упростило написание генераторов кода для компиляторов.

68000 Набор инструкций можно разделить на следующие широкие категории:

68050 и 68070

68050 не было, хотя когда-то это был проект Motorola. Релизы с нечетными номерами всегда были реакцией на проблемы, поднятые в предыдущей части с четными номерами; следовательно, в целом ожидалось, что 68050 снизит энергопотребление 68040 (и, следовательно, рассеивание тепла), улучшит обработку исключений в FPU, использует меньший размер функции и оптимизирует микрокод в соответствии с программным использованием инструкций. Многие из этих оптимизаций были включены в 68060 и были частью его проектных целей. По ряду причин, вероятно, что 68060 находился в разработке, что Intel 80486 не продвигался так быстро, как предполагала Motorola, и что 68060 был требовательным проектом, 68050 был отменен на раннем этапе разработки.

Также нет доработки 68060, поскольку Motorola находилась в процессе отказа от моделей 68000 и 88 тыс. линейки процессоров в новый PowerPC бизнес, поэтому модель 68070 так и не была разработана. Если бы это было так, это был бы пересмотренный 68060, вероятно, с улучшенным FPU (конвейерная обработка широко обсуждалась в Usenet).

Motorola в основном использовала четные числа для основных версий ядра ЦП, таких как 68000, 68020, 68040 и 68060. 68010 был переработанной версией 68000 с небольшими изменениями ядра, а 68030 был переработанным 68020 с некоторыми более мощными функции, ни одна из которых не является достаточно значительной, чтобы квалифицировать ее как серьезное обновление ядра.

Был процессор с 68070 обозначение, которое представляло собой лицензионную и несколько более медленную версию 16/32-битного 68000 с базовым контроллером DMA, I²C хост и встроенный последовательный порт. Этот 68070 использовался в качестве основного процессора в Philips CD-i. Однако этот процессор был произведен Philips и официально не входит в линейку Motorola 680x0.

Последнее поколение

4-го поколения 68060 обеспечивает эквивалентную функциональность (хотя и не совместимость с архитектурой набора инструкций) для большинства функций Intel Микроархитектура Р5.

Другие варианты

Персональные компьютеры XT / 370 и AT / 370 IBM-совместимые мэйнфреймы на базе ПК каждый включал два модифицированных процессора Motorola 68000 с индивидуальным микрокод подражать S / 370 инструкции для мэйнфреймов.[11][12]

После выхода из строя основных процессоров 68000 семейство 68000 в некоторой степени использовалось в микроконтроллер и версии со встроенным микропроцессором. К этим микросхемам относятся микросхемы, перечисленные выше в разделе «прочие», то есть CPU32 (также известный как 68330 ), Холодный огонь, то QUICC и DragonBall.

С появлением FPGA технология международная команда разработчиков оборудования воссоздала 68000 со многими улучшениями в качестве ядра FPGA. Их ядро ​​известно как 68080 и используется в ускорителях Amiga марки Vampire.[13]

Магнитные свитки использовали подмножество инструкций 68000 в качестве основы для виртуальной машины в своих текстовые приключения.

Конкуренты

Рабочий стол

В 1980-х и начале 1990-х годов, когда 68000 широко использовался в настольных компьютерах, он в основном конкурировал с Intel с x86 архитектура, используемая в Совместимость с IBM PC. Процессоры 68000 поколения 1 конкурировали в основном с 16 бит 8086, 8088, и 80286. Поколение 2 соревновалось с 80386 (первый 32-битный процессор x86) и поколение 3 против 80486. Четвертое поколение конкурировало с P5 Pentium line, но он не был так широко использован, как его предшественники, так как большая часть старого рынка 68000 либо прекратила свое существование, либо почти прекратила свое существование (как в случае с Atari и NeXT), либо была преобразована в новые архитектуры (PowerPC для Macintosh и Amiga, SPARC за солнце, и MIPS за Силиконовая Графика (SGI)).

Встроенный

Основная статья: Микроконтроллер § Типы микроконтроллеров

Существуют десятки архитектур процессоров, успешно использующих встроенные системы. Некоторые из них представляют собой микроконтроллеры, которые намного проще, меньше и дешевле, чем 68000, в то время как другие относительно сложны и могут запускать сложное программное обеспечение. Встроенные версии 68000 часто конкурируют с архитектурами процессоров, основанными на PowerPC, РУКА, MIPS, SuperH, и другие.

Рекомендации

  1. ^ cpu-world.com - семейство микропроцессоров Motorola 68000 2012-11-17
  2. ^ cpu-world.com - Семейство Motorola 68010 (MC68010) 2012-11-17
  3. ^ cpu-world.com - семейство микропроцессоров Motorola 68020 (MC68020) 2012-12-12
  4. ^ cpu-world.com - Motorola MC68EC020FG16 2012-11-17
  5. ^ cpu-world.com - семейство микропроцессоров Motorola 68030 (MC68030), 2012-11-17
  6. ^ cpu-world.com - семейство микропроцессоров Motorola 68040 (MC68040), 2012-11-17
  7. ^ а б c d freescale.com - Руководство пользователя M68040, 2007-05-08
  8. ^ а б c cpu-world.com - семейство процессоров Motorola 68060, 2012-11-22
  9. ^ а б c freescale.com - Руководство пользователя M68060, 2010-07-28
  10. ^ Archive.org - Обзор платы ускорителя на базе 68LC060 от Amiga Format
  11. ^ «Реализация IBM System 370 с помощью сопроцессоров / сопроцессоров ... - IPCOM000059679D - IP.com». Priorartdatabase.com. Получено 2020-07-23.
  12. ^ Скотт Мюллер Обновление и ремонт ПК, второе издание, Que Books, 1992, ISBN  0-88022-856-3 страницы 73–75, страницы 94
  13. ^ Бон, Гуннар фон. «APOLLO 68080 - высокопроизводительный процессор». www.apollo-core.com. Получено 2017-09-29.

Библиография

  • Хау, Деннис, изд. (1983). Бесплатный онлайн-словарь по вычислительной технике. Имперский колледж Лондон. http://foldoc.org. Проверено 4 сентября 2007 года.

внешняя ссылка