Motorola 68000 серии

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 первых 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 с 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
• Четвертое поколение ( 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 библиотеки строк и 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 отсутствует IEEE трансцендентной функции 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
• Двухтактный блок целочисленного умножения
• Прогноз ветвления
• Двойной конвейер команд
• 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 ( линейки TI-89 , TI-92 и Voyage 200 ) до всех членов серии Palm Pilot , на которых работает Palm. OS 1.x до 4.x (OS 5.x на базе ARM ) и даже радиационно-стойкие версии в критических системах управления космического корабля "Шаттл" .

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 использовались в 1980-х годах для рабочих станций и серверов Unix, таких как UnixPC 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 была предложена в качестве операционной системы Atari ST, но вместо этого 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 при минимальном установленном ОЗУ) 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 29000-й серии. Ранние интерпретаторы Adobe PostScript на основе 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 пришлась на 1980-е годы, их производители либо больше не поддерживают операционную систему для этого оборудования, либо прекратили свою деятельность. Однако операционные системы GNU / 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 предназначался 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), 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 побудил 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-битным 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
• Не существует эквивалента инструкции x86 CPUID для определения того, какой процессор, 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 переработанный 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 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 ]

Каждый из IBM-совместимых мэйнфреймов Personal Computers XT / 370 и AT / 370 на базе ПК включал в себя по два модифицированных процессора Motorola 68000 со специальным 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 «прочие», 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 конкурировало с 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 переходила на 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 он-лайн словарь по вычислительной технике . Имперский колледж Лондон. http://foldoc.org . Проверено 4 сентября 2007 года.

Внешние ссылки [ править ]

В Wikibooks есть книга по теме: 68000 Assembly

• Журнал BYTE, сентябрь 1986 г .: Семья 68000