Motorola 68020 – Wikipedia

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XC68020, ein Prototyp des 68020

Das Motorola 68020 (“achtundsechzig-oh-zwanzig“,”achtundsechzig-oh-zwei-oh” oder “Sechs-Acht-Oh-Zwei-Oh“) ist ein 32-Bit-Mikroprozessor von Motorola, der 1984 veröffentlicht wurde. Er ist der Nachfolger des Motorola 68010 und wird vom Motorola 68030 abgelöst. Es wurde auch eine kostengünstigere Version zur Verfügung gestellt, die als bekannt ist 68EC020. In Übereinstimmung mit den für Motorola-Designs üblichen Benennungspraktiken wird der 68020 normalerweise als “020” bezeichnet, ausgesprochen “oh-zwei-oh” oder “oh-zwanzig”.

Beschreibung[edit]

Der 68020 verfügte über 32-Bit-interne und externe Daten- und Adressbusse im Vergleich zu den frühen 680×0-Modellen mit 16-Bit-Daten- und 24-Bit-Adressbussen. Die ALU des 68020 war ebenfalls nativ 32-Bit, sodass 32-Bit-Operationen in einem Taktzyklus ausgeführt werden konnten, während der 68000 aufgrund seiner 16-Bit-ALU mindestens zwei Taktzyklen benötigte. Neuere Verpackungsmethoden ermöglichten es dem ‘020, mehr externe Stifte ohne die Größe zu haben, die die frühere Dual-Inline-Verpackungsmethode erforderte. Der 68EC020 senkte die Kosten über einen 24-Bit-Adressbus. Der 68020 wurde mit Geschwindigkeiten von 12 MHz bis 33 MHz hergestellt.

Verbesserungen gegenüber dem 68010[edit]

Der 68020 hat gegenüber dem 68010 viele Verbesserungen hinzugefügt, darunter eine 32-Bit-Arithmetikeinheit (ALU), externe 32-Bit-Daten- und Adressbusse, zusätzliche Anweisungen und zusätzliche Adressierungsmodi. Der 68020 (und der 68030) hatten eine ordnungsgemäße dreistufige Pipeline. Obwohl der 68010 einen “Schleifenmodus” hatte, der Schleifen durch einen praktisch winzigen Anweisungscache beschleunigte, enthielt er nur zwei kurze Anweisungen und wurde daher wenig verwendet. Der 68020 ersetzte dies durch einen richtigen Befehls-Cache von 256 Bytes, dem ersten Prozessor der 68k-Serie, der über einen echten On-Chip-Cache-Speicher verfügt.

Die vorherigen 68000- und 68010-Prozessoren konnten nur dann auf Wortdaten (16 Bit) und Langwortdaten (32 Bit) im Speicher zugreifen, wenn sie wortausgerichtet waren (an einer geraden Adresse). Der 68020 hatte keine Ausrichtungsbeschränkungen für den Datenzugriff. Nicht ausgerichtete Zugriffe waren natürlich langsamer als ausgerichtete Zugriffe, da sie einen zusätzlichen Speicherzugriff erforderten.

Coprozessor-Unterstützung[edit]

Der 68020 verfügt über eine Coprozessor-Schnittstelle, die bis zu acht Coprozessoren unterstützt. Die Haupt-CPU erkennt “F-Line” -Anweisungen (wobei alle vier höchstwertigen Opcode-Bits eins sind) und verwendet spezielle Buszyklen, um mit einem Coprozessor zu interagieren und diese Anweisungen auszuführen. Es wurden zwei Arten von Coprozessoren definiert: Gleitkommaeinheiten (MC68881- oder MC68882-FPUs) und die Paged Memory Management Unit (MC68841 oder MC68851 PMMU). Mit einer CPU kann nur eine PMMU verwendet werden. Im Prinzip könnten mehrere FPUs mit einer CPU verwendet werden, dies wurde jedoch normalerweise nicht durchgeführt. Die Coprozessor-Schnittstelle ist asynchron, sodass die Coprozessoren mit einer anderen Taktrate als die CPU ausgeführt werden können.

Multiprocessing-Funktionen[edit]

Die Multiprocessing-Unterstützung wurde extern mithilfe eines RMC-Pins implementiert[3] um einen unteilbaren Lese-, Änderungs- und Schreibzyklus anzuzeigen, der gerade ausgeführt wird. Alle anderen Prozessoren mussten Speicherzugriffe zurückhalten, bis der Zyklus abgeschlossen war.[4] Die Softwareunterstützung für die Mehrfachverarbeitung umfasste die Anweisungen TAS, CAS und CAS2.

In einem Multiprozessorsystem konnten Coprozessoren nicht zwischen CPUs gemeinsam genutzt werden. Um Probleme mit Rückgaben von Coprozessor-, Busfehler- und Adressfehlerausnahmen zu vermeiden, war es in einem Multiprozessorsystem im Allgemeinen erforderlich, dass alle CPUs dasselbe Modell und alle FPUs dasselbe Modell waren.

Befehlssatz[edit]

Die neuen Anweisungen enthielten einige geringfügige Verbesserungen und Erweiterungen des Supervisor-Status, mehrere Anweisungen für die Softwareverwaltung eines Multiprozessorsystems (die im 68060 entfernt wurden) und einige Unterstützung für Hochsprachen, die nicht viel verwendet wurden (und aus denen entfernt wurde) zukünftige 680×0-Prozessoren), größere Multiplikations- (32 × 32 → 64 Bit) und Divisionsbefehle (64 × 32 → 32 Bit Quotient und 32 Bit Rest) sowie Bitfeldmanipulationen.

Während der 68000 über einen Supervisor-Modus verfügte, erfüllte er die Virtualisierungsanforderungen von Popek und Goldberg nicht, da die einzelne Anweisung ‘MOVE from SR’ nicht privilegiert, aber sensibel war. Unter dem 68010 und höher wurde dies privilegiert, um Virtualisierungssoftware besser zu unterstützen.

Adressierungsmodi[edit]

Die neuen Adressierungsmodi fügten vielen der bereits vorhandenen Modi eine skalierte Indizierung und eine weitere Indirektionsebene hinzu und fügten verschiedenen Indizierungsmodi und -operationen einiges an Flexibilität hinzu. Obwohl dies nicht beabsichtigt war, war der 68020 aufgrund dieser neuen Modi sehr gut für den Seitendruck geeignet. Die meisten Laserdrucker hatten Anfang der neunziger Jahre einen 68EC020 im Kern.

Der 68020 hatte einen kleinen 256-Byte-Befehls-Cache mit direkter Zuordnung, der als 64 Vier-Byte-Einträge angeordnet war. Obwohl klein, machte es dennoch einen signifikanten Unterschied in der Leistung vieler Anwendungen. Der daraus resultierende Rückgang des Busverkehrs war besonders wichtig bei Systemen, die stark auf DMA angewiesen sind.

Unteransicht eines Motorola XC68020

Der 68020 wurde in Apple Macintosh II- und Macintosh LC-PCs, Sun 3-Workstations, Commodore Amiga 1200, den Netzwerkanalysatoren der Hewlett-Packard 8711-Serie und späteren Mitgliedern der HP 9000/300-Familie sowie den Alpha Microsystems AM-2000 verwendet. Auch der 68020 war ein alternatives Upgrade zum 68008 des Sinclair QL-Computers in der Super Gold Card-Oberfläche von Miracle Systems.

Der Amiga 2500 und der A2500UX wurden mit dem A2620 Accelerator unter Verwendung eines 68020, einer 68881 Gleitkommaeinheit und der 68851 Memory Management Unit ausgeliefert. Der 2500UX wird mit Amiga Unix geliefert und erfordert einen ‘020- oder’ 030-Prozessor.

Eine Reihe von digitalen Oszilloskopen von Mitte der 80er bis Ende der 90er Jahre verwendeten den 68020, einschließlich der LeCroy 9300-Serie[5] (High-End-Modelle mit Suffix-Modellen “C” verwendeten den leistungsstärkeren 68EC030;[6] Die 9300-Modelle mit einem 68020-Prozessor können durch einen Wechsel der CPU-Karte auf den 68EC030 aufgerüstet werden[7]) und die frühere LeCroy 9400-Serie (alle Modelle[8][9][10][11] ausgenommen der 9400 / 9400A, der den 68000 verwendete[12]) zusammen mit bestimmten Modellen der Tektronix TDS-Serie.[13]. Die HP 54520, 54522, 54540 und 54542 verwenden zusammen mit einem mathematischen Coprozessor 68882 auch den 68020.[14]

Es ist auch der Prozessor, der an Bord von TGV-Zügen verwendet wird, um Signalisierungsinformationen zu decodieren, die über die Schienen an die Züge gesendet werden. Es wird weiterhin in Flugsteuerungs- und Radarsystemen des Eurofighter Typhoon-Kampfflugzeugs eingesetzt.

Der Telefonzentralenschalter DMS-100 von Nortel Networks verwendete den 68020 auch als ersten Mikroprozessor des SuperNode-Computerkerns.

Weitere Informationen zu Anweisungen und Architektur finden Sie unter Motorola 68000.

Variante[edit]

Das 68EC020 ist eine kostengünstigere Version des Motorola 68020. Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht darin, dass der 68EC020 nur einen 24-Bit-Adressbus anstelle des 32-Bit-Adressbusses des vollständigen 68020 hat und somit nur 16 adressieren kann MB Speicher.

Der Commodore Amiga 1200-Computer und die Amiga CD32-Spielekonsole verwendeten den kostenreduzierten 68EC020. Die Arcade-Boards Namco System 22 und Taito F3 verwendeten diesen Prozessor ebenfalls. Der Atari Jaguar II-Prototyp enthielt dies auch, um den 68000 der ursprünglichen Atari Jaguar-Konsole zu ersetzen. Es fand auch Verwendung in Laserdruckern. Apple hat es im LaserWriter IIɴᴛx verwendet. Kodak verwendete es im Ektaplus 7016PS und Dataproducts im LZR 1260.

Im Jahr 2014 hat Rochester Electronics die Fertigungskapazitäten für den Mikroprozessor 68020 wiederhergestellt und ist noch heute verfügbar.

Technische Daten[edit]

Formeller Name MC68020[1]::577
CPU-Taktrate 12,5, 16,67, 20, 25, 33 MHz (mindestens 8 MHz, keine On-Chip-Taktgenerierung)[1]::577
Spannungsversorgung 5 V.
Maximale Leistung 1,75 W.[1]::577
Produktionsprozess HCMOS, 3/8 “Siliziumstück[1]::577
Chipträger PGA 169 (114 Pins verwendet) 34,16 mm × 34,16 mm[1]::577 (53 ° C / W ohne Kühlkörper)[2]
Adressbus 32-Bit (4 GB direkt linear zugänglich)[1]::578
Datenbus 32-Bit
Befehlssatz 101 CISC-Anweisungen
Zwischenspeicher 256 Byte Icache[1]::578[2]
Registrieren
  • 7 für Adressoperationen (32-Bit)[1]::578
  • 8 für Datenoperationen (32-Bit)[1]::578
Filialabwicklung Verzweigungsvorhersage:
  • Feste Verzweigungsvorhersage, verzweigter Ansatz[15]
Transistoren ~ 200 000[1]::577
Performance 5,36 MIPS bei 33 MHz[2]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b c d e f G h ich j k l m Rafiquzzaman, M. (2005). Grundlagen der digitalen Logik und des Mikrocomputer-Designs. John Wiley & Sons. p. 577-578. ISBN 978-0471733492.
  2. ^ ein b c d e freescale.com – M68020UM / AD REV.2 Benutzerhandbuch
  3. ^ “”MC68020 Signalbeschreibung, Anhang A, S. 84 “. Abgerufen 2010-01-17.
  4. ^ “5.3.3 Lese-, Änderungs- und Schreibzyklus”. Benutzerhandbuch für Mikroprozessoren MC68020 / MC68EC020 UM Rev. 1.0 (PDF). Freescale Semiconductor. 1995.
  5. ^ LeCroy 1996 Test & Measurement-Produktkatalog, Upgrade-Pfad der Serie 9300, S. 22. 66
  6. ^ LeCroy 1998 Test & Measurement-Produktkatalog, Hardwareoptionen der Serie 9300, Mega Waveform Processing, S. 87–88
  7. ^ LeCroy 1996 Test & Measurement-Produktkatalog, Hardwareoptionen der Serie 9300, Mega Waveform Processing, S. 66-67
  8. ^ LeCroy 9410 Digital Oscilloscope Servicehandbuch, 9410 Hardwareübersicht, Abschnitt 2.1, Dezember 1991
  9. ^ LeCroy 9424 Digital Oscilloscope Servicehandbuch, 9424 Hardware-Übersicht, Abschnitt 2.1, Mai 1993
  10. ^ LeCroy 9450 Digital Oscilloscope Servicehandbuch, 9450 Hardwareübersicht, Oktober 1990
  11. ^ LeCroy 9450A Digitaloszilloskop Servicehandbuch, 9450 Hardwareübersicht, Dezember 1991
  12. ^ LeCroy 9400 / 9400A Digitaloszilloskop Servicehandbuch, Abschnitt 1.1.1.3 Mikroprozessor, August 1990
  13. ^ Tektronix TDS684A, TDS744A und TDS784A Servicehandbuch für Digitalisieroszilloskope, 070-8992-03, Januar 1995
  14. ^ Oszilloskop-Servicehandbuch der Serien 54520 und 54540 von Hewlett Packard (54542-97015), Kapitel 8, Theorie der Hauptmontage, April 1994
  15. ^ Dandamudi, SP (2004). Anleitung zu RISC-Prozessoren. p. 29. ISBN 0-387-21017-2.

Externe Links[edit]