Motorola 68020 ( « шестьдесят-восемь-о-двадцать », „ шестьдесят-восемь-о-два-о “ или « шесть-восемь-о-два-о ») является 32-битный микропроцессор от компании Motorola , выпущенный в 1984 году Также была доступна более дешевая версия, известная как 68EC020 . В соответствии с практикой наименования, характерной для моделей Motorola, 68020 обычно обозначается как «020», произносится как «ой-два-ой» или «ой-двадцать».
Представление | |
---|---|
Максимум. Тактовая частота процессора | От 12,5 МГц до 33 МГц |
Ширина данных | 32 бит |
Ширина адреса | 32 бит |
Кеш | |
Кэш L1 | 256 байт Icache [1] : 578 [2] |
Архитектура и классификация | |
Набор инструкций | Motorola серии 68000 |
Физические характеристики | |
Транзисторы |
|
Пакет (ы) | |
Продукты, модели, варианты | |
Вариант (ы) | 68EC020 |
История | |
Предшественник | Motorola 68010 |
Преемник | Motorola 68030 |
Описание
68020 имел 32-битные внутренние и внешние шины данных и адреса, по сравнению с ранними моделями 680x0 с 16-битными шинами данных и 24-битными адресными шинами. ALU 68020 также изначально был 32-битным, поэтому мог выполнять 32-битные операции за один такт, тогда как 68000 занимал минимум два тактовых цикла из-за своего 16-битного ALU. Новые методы упаковки позволили '020' иметь больше внешних выводов без большого размера, который требовался в более раннем методе упаковки с двумя линиями . 68EC020 снижает стоимость благодаря 24-битной адресной шине. 68020 производился на частотах от 12 МГц до 33 МГц.
Улучшения по сравнению с 68010
В 68020 добавлено множество улучшений по сравнению с 68010, включая 32-битный арифметико-логический блок (ALU), 32-битные внешние шины данных и адреса, дополнительные инструкции и дополнительные режимы адресации. 68020 (и 68030) имели надлежащий трехступенчатый конвейер. Хотя у 68010 был «режим цикла», который ускорял циклы через то, что фактически было крошечным кешем инструкций, он содержал только две короткие инструкции и поэтому мало использовался. 68020 заменил это правильным кешем инструкций на 256 байт, первым процессором серии 68k, который имеет настоящую встроенную кэш-память.
Предыдущие процессоры 68000 и 68010 могли получить доступ к данным в виде слова (16 бит) и длинного слова (32 бита) в памяти, только если они были выровнены по словам (находились по четному адресу). 68020 не имеет ограничений на доступ к данным. Естественно, невыровненный доступ был медленнее, чем выровненный доступ, потому что он требовал дополнительного доступа к памяти.
Поддержка сопроцессора
68020 имеет интерфейс сопроцессора, поддерживающий до восьми сопроцессоров. Главный ЦП распознает инструкции «F-line» (все четыре старших бита кода операции - один) и использует специальные циклы шины для взаимодействия с сопроцессором для выполнения этих инструкций. Были определены два типа сопроцессоров: блоки с плавающей запятой ( MC68881 или MC68882 FPU ) и блок управления страничной памятью ( MC68841 или MC68851 PMMU). С ЦП можно использовать только один PMMU. В принципе, с ЦП можно было использовать несколько FPU, но обычно это не применялось. Интерфейс сопроцессора является асинхронным, поэтому можно запускать сопроцессоры с другой тактовой частотой, чем процессор.
Возможности многопроцессорной обработки
Поддержка многопроцессорности была реализована извне за счет использования вывода RMC [3] для индикации незавершенного цикла чтения-изменения-записи . Все остальные процессоры должны были откладывать доступ к памяти до завершения цикла. [4] Программная поддержка многопроцессорной обработки включала инструкции TAS , CAS и CAS2 .
В многопроцессорной системе сопроцессоры не могут быть разделены между процессорами. Чтобы избежать проблем с возвратами от сопроцессора, ошибками шины и исключениями ошибок адреса, в многопроцессорной системе, как правило, было необходимо, чтобы все ЦП были одной модели, а также все FPU были одной модели.
Набор инструкций
Новые инструкции включали в себя некоторые незначительные улучшения и расширения для состояния супервизора, несколько инструкций по управлению программным обеспечением многопроцессорной системы (которые были удалены в 68060), некоторую поддержку языков высокого уровня, которые мало использовались (и были удалены из будущие процессоры 680x0), инструкции большего умножения (32 × 32 → 64 бита) и деления (64 ÷ 32 → 32-битное частное и 32-битный остаток) и манипуляции с битовыми полями.
Хотя 68000 имел «режим супервизора», он не отвечал требованиям виртуализации Попека и Голдберга из-за того, что единственная инструкция «MOVE from SR» была непривилегированной, но чувствительной. В 68010 и более поздних версиях это было сделано привилегированным, чтобы лучше поддерживать программное обеспечение виртуализации.
Режимы адресации
Новые режимы адресации добавили масштабированную индексацию и еще один уровень косвенности ко многим из ранее существовавших режимов, а также добавили немного гибкости различным режимам и операциям индексирования. Хотя это и не предназначалось, эти новые режимы сделали 68020 очень подходящим для печати страниц; в основе большинства лазерных принтеров начала 1990-х годов лежал 68EC020.
68020 имел небольшой 256-байтовый кэш инструкций с прямым отображением, организованный как 64 четырехбайтовых записи. Несмотря на свои небольшие размеры, он все же существенно повлиял на производительность многих приложений. В результате уменьшение автобусного трафика было особенно важно в системах, сильно зависящих от прямого доступа к памяти .
Применение
68020 использовался в персональных компьютерах Apple Macintosh II и Macintosh LC , рабочих станциях Sun 3 , Commodore Amiga 1200 , сетевых анализаторах Hewlett-Packard серии 8711 и более поздних членах семейства HP 9000/300 и Alpha Microsystems AM-2000. Также 68020 был альтернативным обновлением компьютера Sinclair QL 68008 в интерфейсе Super Gold Card от Miracle Systems .
Amiga 2500 и A2500UX поставлялись с ускорителем A2620, использующим 68020, блок с плавающей запятой 68881 и блок управления памятью 68851. 2500UX поставляется с Amiga Unix, для чего требуется процессор 020 или 030.
Ряд цифровых осциллографов с середины 80-х до конца 90-х использовали 68020, включая серию LeCroy 9300 [5] (более высокие модели, включая модели с суффиксом "C", использовали более мощный 68EC030 ; [6] модели 9300 с процессор 68020 можно модернизировать до 68EC030 с заменой платы ЦП [7] ) и более ранней серии LeCroy 9400 (все модели [8] [9] [10] [11], за исключением 9400 / 9400A, которые использовали 68000 [12] ) вместе с некоторыми моделями Tektronix серии TDS. [13] HP 54520, 54522, 54540 и 54542 также используют 68020 вместе с математическим сопроцессором 68882. [14]
Это также процессор, используемый на борту поездов TGV для декодирования сигнальной информации, которая отправляется поездам по рельсам. В дальнейшем он используется в системах управления полетом и радиолокации боевых самолетов Eurofighter Typhoon .
Телефонный коммутатор центрального офиса Nortel Networks DMS-100 также использовал 68020 в качестве первого микропроцессора вычислительного ядра SuperNode.
Для получения дополнительной информации об инструкциях и архитектуре см. Motorola 68000 .
Вариант
68EC020 является более ранняя версия стоимость Motorola 68020. Основное различие между ними состоит в том , что 68EC020 имеет только 24-разрядную шину адреса, а не 32-битной шиной адреса полного 68020, и , следовательно , только в состоянии адрес 16 Мб памяти.
Commodore Amiga 1200 Компьютер и Amiga CD32 игровой консоли используется стоимость восстановленное 68EC020; Namco System 22 и Taito F3 аркадных платы также используется этот процессор. В прототипе Atari Jaguar II он также использовался, чтобы заменить 68000 оригинальной консоли Atari Jaguar . Он также нашел применение в лазерных принтерах. Apple использовала его в LaserWriter IIɴᴛx. Компания Kodak использовала его в Ektaplus 7016PS, а компания Dataproducts использовала его в LZR 1260.
В 2014 году Rochester Electronics восстановила производственные мощности для микропроцессора 68020, и он все еще доступен сегодня.
Технические данные
Официальное имя | MC68020 [1] : 577 |
Тактовая частота процессора | 12,5, 16,67, 20, 25, 33 МГц (минимум 8 МГц, без встроенной тактовой генерации) [1] : 577 |
Напряжение питания | 5 В |
Максимальная мощность | 1,75 Вт [1] : 577 |
Производственный процесс | HCMOS, силиконовый элемент 3/8 " [1] : 577 |
Чип-носитель | PGA 169 (используется 114 контактов) 34,16 мм × 34,16 мм [1] : 577 (53 ° C / Вт без радиатора) [2] |
Адресная шина | 32-разрядная версия (4 ГБ с прямым линейным доступом) [1] : 578 |
Шина данных | 32-битный |
Набор инструкций | 101 инструкция CISC |
Кеш | 256 байт Icache [1] : 578 [2] |
регистр |
|
Обработка филиалов | Прогноз ветвления:
|
Транзисторы | ~ 200 000 [1] : 577 |
Представление | 10 MIPS при 33 МГц [16] |
Рекомендации
- ^ Б с д е е г ч я J к л м Rafiquzzaman, М. (2005). Основы цифровой логики и проектирования микрокомпьютеров . Джон Вили и сыновья. п. 577-578. ISBN 978-0471733492.
- ^ a b c d freescale.com - M68020UM / AD REV.2 Руководство пользователя
- ^ Хекимоглу, М. Кадри (март 1991 г.). «Обработка видео-текста с использованием процессора Motorola 68020 и его среды» (PDF) . Описание сигнала MC68020, Приложение A, стр. 84 . Проверено 6 января 2020 .
- ^ «5.3.3 Цикл чтения-изменения-записи». Руководство пользователя микропроцессоров MC68020 / MC68EC020 UM Rev. 1.0 (PDF) . Freescale Semiconductor. 1995 г.
- ^ LeCroy 1996 Каталог продукции для испытаний и измерений, Путь обновления серии 9300, стр. 66
- ^ LeCroy 1998 Каталог Test & Measurement продукта, 9300 Аппаратные опции серии, Mega Обработка осциллограмм, стр. 87-88
- ^ LeCroy 1996 Каталог Test & Measurement продукта, 9300 Аппаратные опции серии, Mega Обработка осциллограмм, стр. 66-67
- ^ LeCroy 9410 Цифровой осциллограф Руководствообслуживанию, 9410 Обзор аппаратного обеспечения, раздел 2.1, декабрь 1991
- ^ LeCroy 9424 Цифровой осциллограф Руководствообслуживанию, 9424 Обзор аппаратного обеспечения, раздел 2.1, май 1993
- ^ LeCroy 9450 Цифровой осциллограф Руководствообслуживанию, 9450 Обзор аппаратного обеспечения, октябрь 1990
- ^ Руководство LeCroy 9450A Цифровой осциллограф Сервис, 9450 Обзор аппаратного обеспечения, декабрь 1991
- ^ LeCroy 9400 / 9400A цифровой осциллограф Руководствообслуживанию, раздел 1.1.1.3 Микропроцессор, август 1990
- ^ Tektronix TDS684A, TDS744A и TDS784A Руководство по техническому обслуживанию цифровых осциллографов, 070-8992-03, январь 1995 г.
- ^ Hewlett Packard 54520 и 54540 серии осциллографов Руководствообслуживанию (54542-97015), глава 8, Главная Теория Ассамблея, апрель 1994
- ^ Дандамуди, СП (2004). Руководство по RISC-процессорам . п. 29 . ISBN 0-387-21017-2.
- ^ «MC68020: 32-битный микропроцессор» . NXP Semiconductors .
Внешние ссылки
- 68020 изображений и описаний на cpu-collection.de