Motorola серии 68000

Серия Motorola 68000 (также известная как 680x0 , m68000 , m68k или 68k ) представляет собой семейство 32-разрядных микропроцессоров компьютера со сложным набором команд (CISC) . В 1980 - х и начале 1990 - х годов, они были популярны в персональных компьютерах и рабочих станциях и были основными конкурентами Intel «s x86 микропроцессорах. Они были наиболее известны как процессоры, использовавшиеся в ранних версиях Apple Macintosh , Sharp X68000 , Commodore Amiga , Sinclair QL ,Atari ST , Sega Genesis (Mega Drive), AT&T UnixPC , Tandy Model 16 / 16B / 6000 , Sun Microsystems Sun-1 , Sun-2 и Sun-3 , компьютер NeXT , Texas Instruments TI-89 / Калькуляторы TI-92 , Palm Pilot (все модели под управлением Palm OS 4.x или более ранней версии) и Space Shuttle . Хотя ни один из современных настольных компьютеров не основан на процессорах серии 680x0, производные процессоры по-прежнему широко используются во встроенных системах .

Motorola прекратила разработку архитектуры серии 680x0 в 1994 году, заменив ее архитектурой PowerPC RISC , которая была разработана совместно с IBM и Apple Computer в рамках альянса AIM .

Члены семьи [ править ]

• Первое поколение (внутреннее 16/32-битное, выпускается с 8- , 16- и 32-битными интерфейсами)
  • Motorola 68000
  • Motorola 68EC000
  • Motorola 68SEC000
  • Motorola 68HC000
  • Motorola 68008
  • Motorola 68010
  • Motorola 68012
• Второе поколение (внутренне полностью 32-битное)
  • Motorola 68020
  • Motorola 68EC020
  • Motorola 68030
  • Motorola 68EC030
• Третье поколение ( конвейерное )
  • Motorola 68040
  • Motorola 68EC040
  • Motorola 68LC040
• Поколение четвертое ( суперскалярное )
  • Motorola 68060
  • Motorola 68EC060
  • Motorola 68LC060
• Другие
  • Freescale 683XX (CPU32 он же 68330, 68360 он же QUICC )
  • Freescale ColdFire
  • Freescale DragonBall
  • Philips 68070

История улучшений [ править ]

68010 :

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

68020 :

• 32-битный адресно- арифметико-логический блок (АЛУ)
• Трехступенчатый трубопровод
• Кэш инструкций 256 байт
• Неограниченный доступ к данным по словам и длинным словам (см. Выравнивание )
• 8 × многопроцессорная способность
• Большие инструкции умножения (32 × 32 -> 64 бита) и деления (64 ÷ 32 -> 32-битное частное и 32-битный остаток), а также манипуляции с битовыми полями
• В режимах адресации добавлена масштабированная индексация и еще один уровень косвенности
• Низкая стоимость, EC = 24-битный адрес

68030 :

• Разделить кэш инструкций и данных по 256  байт каждый
• На чипе блок управления памятью (MMU) (68851)
• Низкая стоимость EC = без MMU
• Интерфейс пакетной памяти

68040 :

• Кеши инструкций и данных по 4  КБ каждый
• Шестиступенчатый конвейер
• Встроенный блок с плавающей запятой (FPU)
• FPU не обладает способностью к трансцендентным функциям IEEE
• 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 инструкций
• Инструкции в блоке генерации адреса (AGU) и, таким образом, выдача результата за два цикла до ALU
• Низкая стоимость LC = без MMU
• Низкая стоимость EC = без MMU и FPU

Карта функций [ править ]

Основное использование [ править ]

Линия процессоров 680x0 использовалась во множестве систем, от современных высокопроизводительных калькуляторов Texas Instruments (линии TI-89 , TI-92 и Voyage 200 ) до всех членов серии Palm Pilot , на которых работает Palm. OS от 1.x до 4.x (OS 5.x на базе ARM ) и даже радиационно-стойкие версии в критических системах управления космического челнока .

Тем не менее, семейство процессоров 680x0 стало наиболее известным как процессоры для современных настольных компьютеров и игровых консолей, таких как Apple Macintosh , Commodore Amiga , Sinclair QL , Atari ST , SNK NG AES / Neo Geo CD , Atari Jaguar. , Commodore CDTV и ряд других. Процессоры 680x0 также были предпочтительными в 1980-х годах для рабочих станций и серверов Unix, таких как UNIX PC от AT&T , Tandy Model 16 / 16B / 6000 , Sun-1 от Sun Microsystems., Sun-2 , Sun-3 , NeXT Computer , Silicon Graphics (SGI) и многие другие. Существовала 68000 версия CP / M под названием CP / M-68K, которая изначально предлагалась в качестве операционной системы Atari ST, но вместо нее Atari выбрала Atari TOS . Многие системные порты CP / M-68K были доступны, 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 с минимальной установленной RAM) и очень высокий разрешение Linotronicфотонаборные 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 перешли на RISC, часто это AMD серии 29000. Первые интерпретаторы Adobe PostScript на базе 68000 и их оборудование были названы в честь американских ракет и ракет времен холодной войны : Atlas, Redstone и т. Д.

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 приходилась на 1980-е годы, их оригинальные производители либо больше не поддерживают операционную систему для этого оборудования, либо прекратили свою деятельность. Однако операционные системы Linux , NetBSD и OpenBSD по- прежнему включают поддержку процессоров 68000.

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

Микроконтроллеры семейства 68000 используются в самых разных приложениях. Например, микроконтроллеры CPU32 и ColdFire 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 г.), революционный 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 претендент на арену 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 [ править ]

Люди, знакомые с PDP-11 или 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-битной PDP-11. .

У него был более ортогональный набор инструкций, чем у многих процессоров, которые были 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.

Набор команд 68000 можно разделить на следующие широкие категории:

• Загрузить и сохранить (ПЕРЕМЕСТИТЬ)
• Арифметика (ADD, SUB, MULS, MULU, DIVS, DIVU)
• Битовый сдвиг (ASL, ASR, LSL, LSR)
• Вращение долота (ROR, ROL, ROXL, ROXR)
• Логические операции (И, ИЛИ, НЕ, EOR)
• Преобразование типа ( байт в слово и наоборот )
• Условные и безусловные ветви (BRA, Bcc - BEQ, BNE, BHI, BLO, BMI, BPL и т. Д.)
• Вызов и возврат подпрограммы (BSR, RTS)
• Управление стеком (LINK, UNLK, PEA)
• Вызов и реакция на прерывания
• Обработка исключений
• Нет эквивалента инструкции x86 CPUID для определения того, какой ЦП, MMU или FPU присутствует.

68050 и 68070 [ править ]

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 отсутствует ревизия 68060 , поскольку Motorola находилась в процессе перехода от линейки процессоров 68000 и 88k к своему новому бизнесу PowerPC , поэтому 68070 так и не был разработан. 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 изменений ядра ЦП, таких как 68000, 68020, 68040 и 68060. 68010 был переработанной версией 68000 с небольшими изменениями ядра, и аналогично 68030 был переработанным 68020 с некоторыми более мощными функции, ни одна из которых не является достаточно значительной, чтобы классифицировать ее как серьезное обновление ядра.

Был процессор с обозначением 68070 , который был лицензированной и несколько более медленной версией 16/32-битного 68000 с базовым контроллером DMA, хостом I²C и встроенным последовательным портом. Этот 68070 использовался в качестве основного процессора в Philips CD-i . Однако этот процессор был произведен Philips и официально не входил в линейку Motorola 680x0.

Последнее поколение [ править ]

68060 4-го поколения обеспечивает эквивалентную функциональность (хотя и не совместимость с архитектурой набора команд) с большинством функций микроархитектуры Intel P5 .

Другие варианты [ править ]

IBM-совместимые мэйнфреймы Personal Computers XT / 370 и AT / 370 на базе ПК включали по два модифицированных процессора Motorola 68000 с индивидуальным микрокодом для имитации инструкций мэйнфрейма S / 370 . ^{[11] [12]}

После прекращения существования основных процессоров 68000 семейство 68000 в некоторой степени использовалось в версиях микроконтроллеров и встроенных микропроцессоров. Эти микросхемы включают те, которые перечислены выше в разделе «прочее», то есть CPU32 (он же 68330 ), ColdFire , QUICC и DragonBall .

С появлением технологии FPGA международная команда разработчиков оборудования воссоздала 68000 с множеством улучшений в качестве ядра FPGA. Их ядро ​​известно как 68080 и используется в ускорителях Amiga марки Vampire. ^[13]

Magnetic Scrolls использовали подмножество инструкций 68000 в качестве основы для виртуальной машины в своих текстовых приключениях .

Конкуренты [ править ]

Рабочий стол [ править ]

В 1980 - х и начале 1990 - х годов, когда 68000 широко используются в настольных компьютерах, в основном конкурировали с Intel «s x86 архитектуры , используемой в совместимых с IBM PC . Процессоры 68000 поколения 1 конкурировали в основном с 16-битными 8086 , 8088 и 80286 . Поколение 2 конкурировало с 80386 (первый 32-разрядный процессор x86), а поколение 3 - с 80486 . Четвертое поколение составило конкуренцию Pentium P5. line, но он не был так широко использован, как его предшественники, поскольку 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 для Sun и MIPS для Silicon Graphics (SGI)).

Встроенный [ править ]

Есть десятки архитектур процессоров, которые успешно применяются во встроенных системах . 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 , ARM , MIPS , SuperH и других.

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

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

Внешние ссылки [ править ]

В Викиучебнике есть книга на тему: 68000 Assembly

• Журнал BYTE, сентябрь 1986 г .: Семья 68000