Motorola 68020 - Motorola 68020
| Obecná informace | |
|---|---|
| Spuštěno | 1984 |
| Navrhl | Motorola |
| Výkon | |
| Max. Taktovací frekvence CPU | 12,5 MHz až 33 MHz |
| Šířka dat | 32 bitů |
| Šířka adresy | 32 bitů |
| Mezipaměti | |
| Mezipaměť L1 | 256 bajtů Icache |
| Architektura a klasifikace | |
| Instrukční sada | Motorola řady 68000 |
| Fyzické specifikace | |
| Tranzistory | |
| Balíčky | |
| Produkty, modely, varianty | |
| Varianty | |
| Dějiny | |
| Předchůdce | Motorola 68010 |
| Nástupce | Motorola 68030 |
Motorola 68020 ( " šedesát osm nula dvacet ", " šedesát osm nula dva nula " nebo " šest osm nula dva-oh ") je 32-bitový mikroprocesor od společnosti Motorola , vydané v roce 1984 Byla také zpřístupněna levnější verze, známá jako 68EC020 . V souladu s postupy pojmenování běžnými pro designy Motorola je 68020 obvykle označován jako „020“, vyslovuje se „oh-dva-oh“ nebo „oh-dvacet“.
Popis
68020 má 32bitové interní a externí datové a adresové sběrnice ve srovnání s předchozími modely 680x0 s 16bitovými datovými a 24bitovými adresovými sběrnicemi. ALU 68020 je také nativně 32bitová, takže může provádět 32bitové operace v jednom hodinovém cyklu, zatímco 68000 trvalo minimálně 16 hodinových cyklů díky 16bitové ALU. Novější metody balení umožnily modelu 020 nabídnout více externích pinů bez velkých rozměrů, které vyžadovala dřívější metoda duálního balení . 68EC020 snížil náklady prostřednictvím 24bitové adresové sběrnice. 68020 byl vyráběn při rychlostech od 12 MHz do 33 MHz.
Vylepšení oproti 68010
68020 má 32bitovou aritmetickou logickou jednotku (ALU), 32bitové externí datové a adresové sběrnice. Přidává další pokyny a další režimy adresování. 68020 (a 68030) má řádné třístupňové potrubí. Ačkoli 68010 měl „smyčkový režim“, který procházel smyčkami skrz to, co bylo ve skutečnosti malou mezipamětí instrukcí, pojal pouze dva krátké instrukce, a byl tak málo využíván. 68020 to nahradilo správnou instrukční mezipamětí 256 bajtů, první procesor řady 68k, který je vybaven skutečnou vyrovnávací pamětí na čipu.
Předchozí procesory 68000 a 68010 měly přístup k datům slov (16bitová) a dlouhá slova (32bitová) pouze v paměti, pokud byla zarovnána se slovy (umístěna na sudé adrese). 68020 nemá žádná omezení zarovnání přístupu k datům. Nezarovnané přístupy jsou přirozeně pomalejší než zarovnané přístupy, protože vyžadovaly další přístup do paměti.
68020 má malou 256bajtovou přímo mapovanou mezipaměť instrukcí, uspořádanou jako 64 čtyřbajtových záznamů. Ačkoli je malý, stále má značný rozdíl ve výkonu mnoha aplikací. Výsledný pokles provozu autobusů byl zvláště důležitý v systémech, které se silně spoléhaly na DMA .
Podpora koprocesoru
68020 má rozhraní koprocesoru podporující až osm koprocesorů. Hlavní CPU rozpoznává instrukce „F-line“ (se čtyřmi nejvýznamnějšími bitovými kódy opcode všechny) a používá speciální sběrnicové cykly k interakci s koprocesorem k provedení těchto pokynů. Byly definovány dva typy koprocesorů: jednotky s plovoucí desetinnou čárkou ( MC68881 nebo MC68882 FPU ) a jednotka pro správu stránkované paměti ( MC68851 PMMU). S CPU lze použít pouze jednu PMMU. V zásadě bylo možné s CPU použít více FPU, ale běžně se to nedělalo. Rozhraní koprocesoru je asynchronní, takže je možné koprocesory spouštět s jinou taktovací frekvencí než CPU.
Funkce vícenásobného zpracování
Podpora vícenásobného zpracování je implementována externě pomocí kolíku RMC k indikaci probíhajícího nedělitelného cyklu čtení-úprava-zápis . Všechny ostatní procesory musí pozastavit přístup do paměti, dokud není cyklus dokončen. Softwarová podpora pro vícenásobné zpracování obsahuje instrukce TAS , CAS a CAS2 .
V systému s více procesory nebylo možné sdílet koprocesory mezi CPU. Aby se předešlo problémům s návraty z koprocesoru, chyb sběrnice a chyb adres, bylo v systému s více procesory obecně nutné, aby všechny CPU byly stejným modelem a aby všechny FPU byly stejným modelem.
Instrukční sada
Nové pokyny obsahují některá drobná vylepšení a rozšíření stavu supervizora, několik pokynů pro správu softwaru víceprocesního systému (které byly odstraněny v 68060), některá podpora jazyků na vysoké úrovni, které se příliš nezvykly (a byly odstraněny z budoucí procesory 680x0), větší násobení (32 × 32 → 64 bitů) a dělení (64 ÷ 32 → 32 bitový kvocient a 32 bitů zbývající část) instrukce a manipulace s bitovým polem.
Nové režimy adresování přidávají škálované indexování a další úroveň přesměrování do mnoha již existujících režimů.
Zatímco 68000 mělo 'režim dohledu', nesplňovalo požadavky na virtualizaci Popek a Goldberg, protože jediná instrukce 'MOVE from SR' byla neprivilegovaná, ale citlivá. Pod 68010 a novějšími to bylo privilegováno pro lepší podporu virtualizačního softwaru.
Architektura
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
S plnými 32bitovými interními a externími adresovými sběrnicemi mohly registry adres (A0 až A7) využívat celou svou 32bitovou šířku a byly schopné adresovat celý adresní prostor o velikosti 4 GB.
Větší efektivní šířky adresních registrů představovaly problém pro dřívější software, který nebyl považován za „ 32bitový čistý “. Některé programy používaly vysokých 8 bitů (bity 24-31) adres, aby obsahovaly různé vlajkové bity, s tím, že dřívější CPU 680x0 tyto vysoké bity bezpečně ignorovaly. Takový software musel být přepsán, aby se přizpůsobil většímu fyzickému adresnímu prostoru, který je k dispozici procesorům 68020 a novějším.
Používání
68020 byl použit v osobních počítačích Apple Macintosh II a Macintosh LC , pracovních stanicích Sun 3 , Amiga 1200 (poznámka: Amiga 1200 používala levnější variantu 68EC020), síťových analyzátorech Hewlett-Packard 8711 Series a pozdějších členech HP 9000 /300 rodina a Alpha Microsystems AM-2000. Také 68020 byl alternativní upgrade k počítači Sinclair QL 68008 v rozhraní Super Gold Card od Miracle Systems .
Amiga 2500 a A2500UX byly dodávány s akcelerátorem A2620 s použitím jednotek 68020, 68881 s plovoucí desetinnou čárkou a 68851 Memory Management Unit. 2500UX dodávaný s Amiga Unix, vyžadující procesor '020 nebo' 030.
Řada digitálních osciloskopů od poloviny 80. let do konce 90. let používal 68020, včetně LeCroy 9300 (vyšší end modely, včetně „C“ přípona modely použít silnější 68EC030 ; modely 9300 s 68020 procesor může být aktualizován na 68EC030 se změnou desky CPU) a dřívější řady LeCroy 9400 (všechny modely kromě 9400/9400A, které používaly 68000 ), spolu s některými modely řady Tektronix TDS. HP 54520, 54522, 54540 a 54542 také používají 68020 spolu s matematickým koprocesorem 68882.
Je to také procesor používaný na palubách vlaků TGV k dekódování signalizačních informací, které jsou posílány do vlaků po kolejích. Dále se používá v systémech řízení letu a radarech bojových letounů Eurofighter Typhoon .
Přepínač telefonní ústředny Nortel Networks DMS-100 také používal 68020 jako první mikroprocesor výpočetního jádra SuperNode.
Varianta
68EC020 je nižší náklady verze Motorola 68020. Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma je, že 68EC020 má pouze 24-bitovou adresovou sběrnici, spíše než 32-bitovou adresovou sběrnici plného 68020, a tak je jen schopný adresa 16 MB paměti.
Počítač Amiga 1200 a herní konzole Amiga CD32 využívají 68EC020 se sníženou cenou; Namco System 22 , Taito F3 a Konami GX pasáž desky použít i tento procesor. Atari prototyp Jaguar II také představoval tento nahradit 68000 původní Atari Jaguar konzole. Rovněž našel využití v laserových tiskárnách. Apple ji použil v LaserWriter IIɴᴛx. Kodak jej použil v Ektaplus 7016PS a Dataproducts v LZR 1260.
V roce 2014 Rochester Electronics obnovila výrobní kapacitu pro mikroprocesor 68020 a je k dispozici dodnes.
Technická data
| Formální jméno | MC68020 |
| Taktovací frekvence CPU | 12,5, 16,67, 20, 25, 33 MHz (minimálně 8 MHz, bez generování hodin na čipu) |
| Napájení napětím | 5 V. |
| Maximální výkon | 1,75 W |
| Produkční proces | HCMOS, 3/8 "silikonový kus |
| Nosič čipů | PGA 169 (použito 114 pinů) 34,16 mm × 34,16 mm (53 ° C/W bez chladiče) |
| Adresní sběrnice | 32bitový (4 GB přímo lineárně přístupný) |
| Datová sběrnice | 32bitové |
| Instrukční sada | 101 pokynů CISC |
| Mezipaměti | 256 bajtů Icache |
| Registrovat |
|
| Manipulace s pobočkou | Predikce pobočky:
|
| Tranzistory | ~ 200 000 |
| Výkon | 10 MIPS při 33 MHz |