| Спектакль | |
|---|---|
| Максимум. Частота процессора | От 25 МГц до 40 МГц |
| Ширина данных | 32 бит |
| Ширина адреса | 32 бит |
| Кеш | |
| Кэш L1 | 4096 байт для каждой инструкции и данных с независимыми MMU и TLB [1] |
| Архитектура и классификация | |
| Набор инструкций | Motorola 68000 серии |
| Физические характеристики | |
| Транзисторы |
|
| Пакет (ы) | |
| Продукты, модели, варианты | |
| Вариант (ы) | 68LC040 и 68EC040 |
| История | |
| Предшественник | Motorola 68030 |
| Преемник | Motorola 68060 |
Motorola 68040 ( « шестьдесят-восемь-о-сорок ») представляет собой 32-разрядный микропроцессор в серии Motorola 68000 , выпущенный в 1990 году является преемником 68030 и сопровождается 68060 . 68050 не было. В соответствии с общим названием Motorola, 68040 часто называют просто «040» (произносится « о-четыре-о» или « о-сорок» ).
68040 был первым членом семейства 680x0 со встроенным блоком вычислений с плавающей запятой (FPU). Таким образом, он включал все функции, которые ранее требовали внешних микросхем, а именно FPU и блок управления памятью (MMU), которые были добавлены в 68030. Он также имел разделенные кеши инструкций и данных по 4 килобайта каждый. Он был полностью трубопроводным , с шестью ступенями.
Версии 68040 были созданы для определенных сегментов рынка, включая 68LC040 , в котором был удален FPU, и 68EC040 , в котором были удалены как FPU, так и MMU. Motorola предназначала вариант EC для встроенного использования, но встроенные процессоры во времена 68040 не нуждались в мощности 68040, поэтому варианты EC 68020 и 68030 по-прежнему были обычным явлением в проектах.
Motorola выпустила несколько скоростных категорий. Части 16 МГц и 20 МГц никогда не проходили аттестацию (обозначение XC) и использовались в качестве прототипов. Уровни 25 МГц и 33 МГц присутствовали по всей линейке, но примерно до 2000 года градация 40 МГц была только для «полной» 68040. Запланированная градация 50 МГц была отменена после того, как она вышла за пределы теплового расчетного диапазона .
В компьютерах Apple Macintosh 68040 был представлен в Macintosh Quadra , названном в честь этого чипа. Самый быстрый процессор 68040 работал на частоте 40 МГц и использовался только в Quadra 840AV. В более дорогих моделях (недолговечной) линейки Macintosh Centris также использовался 68040, в то время как в более дешевых Quadra, Centris и Macintosh Performa использовался 68LC040 . 68040 также использовался в других персональных компьютерах , таких как Amiga 4000 и Amiga 4000T , а также в ряде рабочих станций , серверах Alpha Microsystems , HP 9000./ 400 серии и более поздние версии компьютера NeXT .
Дизайн [ править ]
68040 столкнулся с ограничением бюджета транзисторов на ранних этапах разработки. В то время как MMU не требовал большого количества транзисторов - действительно, имея его на том же кристалле, что и ЦП, фактически экономил на транзисторах, - FPU определенно использовал. Внешний FPU Motorola 68882 был известен как очень высокопроизводительный блок, и Motorola не хотела рисковать интеграторами, использующими версию «LC» с 68882 вместо более прибыльного полного блока «RC». (Для получения информации о многопроцессорной модели Motorola с серией 680x0 см. Motorola 68020. ) Таким образом, FPU в 68040 был лишен возможности выполнять трансцендентные функции IEEE., которые поддерживались как 68881, так и 68882 и использовались популярным программным обеспечением для генерации фракталов того времени и немногим другим. Пакет поддержки операций с плавающей запятой Motorola (FPSP) эмулировал эти инструкции в программном обеспечении при прерывании. Поскольку это был обработчик исключений, интенсивное использование трансцендентных функций приводило к серьезным потерям производительности.
Тепло всегда было проблемой на протяжении всей жизни 68040. Хотя он обеспечивает более чем в четыре раза более высокую производительность на такт, чем 68020 и 68030, сложность чипа и требования к мощности обусловлены большим кристаллом и большим кешем. Это повлияло на масштабирование процессора, и он никогда не мог работать с тактовой частотой выше 40 МГц. Вариант 50 МГц планировался, но был отменен. Энтузиасты разгона сообщили об успехе, достигнутом в достижении 50 МГц с использованием генератора 100 МГц вместо 80 МГц и новаторской на тот момент техники добавления радиаторов с вентиляторами увеличенного размера.
68040 предлагал те же функции, что и Intel 80486 , но по тактовой частоте мог значительно превосходить чип Intel по целочисленным инструкциям и командам с плавающей запятой. [2] [3] Однако 80486 мог работать значительно быстрее, не страдая от проблем с перегревом. В конце 1991 года, когда линейка настольных компьютеров Macintosh более высокого класса перешла на '040, Apple не могла предложить новый процессор в своих топовых PowerBooks до начала 1994 года. Поскольку PowerBooks были ограничены 68030-ми в течение нескольких лет, Обозреватели Macworld признали, что лучшим выбором для опытных пользователей были ПК-совместимые инструменты Texas Instruments.80486, а не топовый PowerBook 180. [ необходима цитата ]
Варианты [ править ]
68EC040 [ редактировать ]
68EC040 является версия Motorola 68040 микропроцессор, предназначенный для встраиваемых контроллеров (EC). Он отличается от 68040 тем, что не имеет ни FPU, ни MMU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. 68EC040 использовался в Cisco Switch Supervisor Engine I, который является сердцем моделей 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 и 7600.
68LC040 [ редактировать ]
68LC040 является низкая стоимость версии Motorola 68040 микропроцессор , без FPU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. Хотя теперь ЦП больше похож на Motorola 68030, он по-прежнему включает кеши и конвейер 68040 и, таким образом, значительно быстрее, чем 68030.
Некоторые версии масок 68LC040 содержали ошибку, которая препятствовала правильной работе микросхемы при использовании программного эмулятора FPU . Согласно ошибкам Motorola [4], любой чип с набором масок 2E71M или более поздней версии не содержит ошибки. Эта новая маска была представлена в середине 1995 года и преобразовала микросхему 68LC040 в статус MC. [5]
Исправления с ошибками обычно встречаются в компьютерах Apple Macintosh на базе 68LC040 . Было подтверждено, что микросхемы с набором масок 2E23G (используемые в LC 475) неисправны. Ошибка связана с потерей незавершенных операций записи при запуске исключения F-линии. [6] 68040 не может обновлять свой микрокод, как современные чипы x86. Это означает, что единственный способ использовать программное обеспечение, требующее функций с плавающей запятой, - это заменить ошибочный 68LC040 более поздней версией или полным 68040.
Таблица функций [ править ]
| Вариант | MMU | FPU |
|---|---|---|
| 68040 | да | да |
| 68 LC 040 | да | Нет |
| 68 EC 040 | Нет | Нет |
Технические данные [ править ]
| Частота процессора | 25, 33, 40 МГц |
| Производственный процесс | статическая CMOS 0,8 мкм , 0,65 мкм , Freescale 0,57 мкм |
| Чип-носитель | 179 керамических PGA и 184 QFP |
| Адресная шина | 32 бит |
| Шина данных | 32 бит |
| Набор инструкций | CISC |
| Транзисторы | ~ 1,200,000 |
ATC = Кэш преобразования адресов
Ссылки [ править ]
- ^ "Страница описания продукта MC68040" . Архивировано из оригинального 14 января 2012 года.
- ^ "CISC: Intel 80486 против Motorola MC68040" . Июль 1992 . Проверено 20 мая 2013 года .
- ^ «68040 Микропроцессор» . Архивировано из оригинального 16 февраля 2012 года.
- ^ «Разъяснение документации для MC68040» . Freescale . Проверено 20 мая 2013 года .
- ^ "Наборы масок, соответствующих требованиям MC для E71M и E42K" . Freescale.com . Проверено 24 июля 2012 года .
- ^ «Отчет о проблеме NetBSD № 13078: проблема Mac 68LC040» . Gnats.netbsd.org . Проверено 24 июля 2012 года .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2007]. «Стандарт десятичных чисел с плавающей запятой» . квадиблок . Другие недавние форматы десятичных чисел с плавающей запятой. Архивировано 3 июля 2018 года . Проверено 16 июля 2018 .
Внешние ссылки [ править ]
- Страница описания продукта MC68040
- 32-разрядный маломощный микропроцессор третьего поколения MC68040V (PDF)
- Руководство пользователя микропроцессора M68040 (PDF)
