Motorola 68020 - Motorola 68020

Motorola 68020
Спектакль
Максимум. ЦПУ тактовая частотаОт 12,5 МГц до 33 МГц
Ширина данных32 бит
Ширина адреса32 бит
Кеш
L1 тайник256 байт Икаче[1]:578[2]
Архитектура и классификация
Набор инструкцийMotorola 68000 серии
Физические характеристики
Транзисторы
  • ~200,000[1]:577
Пакет (ы)
  • PGA 169 (Использовано 114 контактов) 34,16 мм × 34,16 мм[1]:577 (53 ° C / Вт без радиатора)[2]
Продукты, модели, варианты
Вариант (ы)68EC020
История
ПредшественникMotorola 68010
ПреемникMotorola 68030
XC68020, прототип 68020

В Motorola 68020 ("шестьдесят восемь двадцать двадцать", "шестьдесят восемь-ой-два-ой" или же "шесть-восемь-ой-два-ой") это 32-битный микропроцессор из Motorola, выпущенный в 1984 году. Это преемник Motorola 68010 и его сменил Motorola 68030. Также была доступна более дешевая версия, известная как 68EC020. В соответствии с обычной практикой наименования устройств Motorola, 68020 обычно обозначается как «020», произносится как «ой-два-ой» или «ой-двадцать».

Описание

Motorola 68020

68020 имел 32-битные внутренние и внешние шины данных и адреса, по сравнению с ранними моделями 680x0 с 16-битными шинами данных и 24-битными адресными шинами. 68020-е ALU также изначально был 32-битным, поэтому мог выполнять 32-битные операции за один тактовый цикл, тогда как 68000 занимал минимум два тактовых цикла из-за своего 16-битного ALU. Новые методы упаковки позволили '020 иметь больше внешних контактов без большого размера, чем раньше. двухрядный корпус требуется метод. 68EC020 снижает стоимость благодаря 24-битной адресной шине. 68020 производился на частотах от 12 МГц до 33 МГц.

Фотографии Motorola 68020

Улучшения по сравнению с 68010

68020 добавил много улучшений по сравнению с 68010, включая 32-битный арифметико-логическое устройство (ALU), 32-битные внешние шины данных и адреса, дополнительные инструкции и дополнительные режимы адресации. 68020 (и 68030) имели правильный трехступенчатый конвейер. Хотя у 68010 был «режим цикла», который ускорял циклы через то, что фактически было крошечным кешем инструкций, он содержал только две короткие инструкции и поэтому мало использовался. 68020 заменил это правильным кешем инструкций на 256 байт, первым процессором серии 68k, который имеет настоящую встроенную кэш-память.

Предыдущие процессоры 68000 и 68010 могли получить доступ к данным в виде слова (16-бит) и длинного слова (32-бит) в памяти, только если они были выровнены по словам (находились по четному адресу). 68020 не имеет ограничений на доступ к данным. Естественно, невыровненный доступ был медленнее, чем выровненный доступ, потому что он требовал дополнительного доступа к памяти.

Поддержка сопроцессора

68020 имеет сопроцессор интерфейс с поддержкой до восьми сопроцессоров. Главный ЦПУ распознает инструкции «F-line» (все четыре старших бита кода операции - один) и использует специальные циклы шины для взаимодействия с сопроцессором для выполнения этих инструкций. Были определены два типа сопроцессоров: блоки с плавающей запятой (MC68881 или MC68882 FPUs ) и блок управления выгружаемой памятью (MC68841 или MC68851 ПММУ). С ЦП можно использовать только один PMMU. В принципе, с ЦП можно было использовать несколько FPU, но обычно это не применялось. Интерфейс сопроцессора является асинхронным, поэтому можно запускать сопроцессоры с другой тактовой частотой, чем процессор.

Возможности многопроцессорной обработки

Поддержка многопроцессорности была реализована извне с помощью вывода RMC.[3] указать неделимый читать-изменять-писать цикл в процессе. Все остальные процессоры должны были откладывать доступ к памяти до завершения цикла.[4] Программная поддержка многопроцессорности включала ТАС, CAS и CAS2 инструкции.

В многопроцессорной системе сопроцессоры не могут быть разделены между процессорами. Чтобы избежать проблем с возвратами от сопроцессора, ошибками шины и исключениями ошибок адреса, в многопроцессорной системе, как правило, было необходимо, чтобы все ЦП были одной и той же модели, и все FPU также были одной модели.

Набор инструкций

Новые инструкции включали в себя некоторые незначительные улучшения и расширения для состояния супервизора, несколько инструкций по управлению программным обеспечением многопроцессорной системы (которые были удалены в 68060), некоторую поддержку языков высокого уровня, которые мало использовались (и были удалены из будущие процессоры 680x0), большие инструкции умножения (32 × 32 → 64 бита) и деления (64 ÷ 32 → 32-битное частное и 32-битный остаток) и манипуляции с битовыми полями.

Хотя у 68000 был «режим супервизора», он не соответствовал Требования к виртуализации Попека и Голдберга из-за того, что единственная инструкция «MOVE from SR» непривилегирована, но чувствительна. В 68010 и более поздних версиях это было сделано привилегированным, чтобы лучше поддерживать программное обеспечение виртуализации.

Режимы адресации

Добавлены новые режимы адресации масштабная индексация и другой уровень косвенное обращение ко многим из ранее существовавших режимов и добавили немного гибкости различным режимам и операциям индексирования. Хотя это и не предназначалось, эти новые режимы сделали 68020 очень подходящим для печати страниц; в основе большинства лазерных принтеров начала 1990-х гг. лежал 68EC020.

68020 имел небольшой 256-байтовый кэш инструкций с прямым отображением, организованный как 64 четырехбайтовых записи. Несмотря на небольшой размер, он все же существенно повлиял на производительность многих приложений. В результате сокращение автобусного движения было особенно важно в системах, в значительной степени полагающихся на DMA.

вид снизу на Motorola XC68020

использование

68020 использовался в яблоко Macintosh II и Macintosh LC персональные компьютеры, Вс 3 рабочие станции, Коммодор Амига 1200, то Hewlett Packard Анализаторы цепей серии 8711 и более поздние версии HP 9000 / 300 семей и Alpha Microsystems АМ-2000. Также 68020 был альтернативой обновлению Sinclair QL компьютер 68008 в интерфейсе Super Gold Card от Чудо-системы.

Amiga 2500 и A2500UX поставлялись с ускорителем A2620, использующим 68020, блок с плавающей запятой 68881 и блок управления памятью 68851. 2500UX поставляется с Amiga Unix, требуя процессора '020 или' 030.

Номер цифровые осциллографы с середины 80-х до конца 90-х использовались 68020, включая LeCroy 9300 серии[5] (в моделях более высокого уровня, включая модели с суффиксом "C", использовались более мощные 68EC030;[6] модели 9300 с процессором 68020 могут быть обновлены до 68EC030 со сменой платы ЦП[7]) и более ранней серии LeCroy 9400 (все модели[8][9][10][11] за исключением 9400 / 9400A, который использовал 68000[12]), наряду с некоторыми Tektronix Модели серии TDS.[13]. HP 54520, 54522, 54540 и 54542 также используют 68020 вместе с математическим сопроцессором 68882.[14]

Это также процессор, используемый на плате. TGV поезда для декодирования сигнальной информации, которая отправляется в поезда по рельсам. В дальнейшем он используется в системах управления полетом и радиолокационных системах Еврофайтер Тайфун боевой самолет.

Nortel Networks ДМС-100 телефонный коммутатор центрального офиса также использовал 68020 в качестве первого микропроцессор вычислительного ядра SuperNode.

Для получения дополнительной информации об инструкциях и архитектуре см. Motorola 68000.

Вариант

Motorola MC68EC020

В 68EC020 является более дешевой версией Motorola 68020. Основное различие между ними состоит в том, что 68EC020 имеет только 24-битную адресную шину, а не 32-битную адресную шину как полный 68020, и, таким образом, может адресовать только 16 МБ памяти.

В Коммодор Амига 1200 компьютер и Амига CD32 игровая приставка использовала уцененную 68EC020; то Система Namco 22 и Taito F3 Аркадные платы также использовали этот процессор. В Atari Прототип Jaguar II также отличался этим, чтобы заменить 68000 оригинальных Атари Ягуар консоль. Он также нашел применение в лазерных принтерах. Apple использовала его в LaserWriter IIɴᴛx. Компания Kodak использовала его в Ektaplus 7016PS, а Dataproducts использовала его в LZR 1260.

В 2014, Рочестер Электроникс восстановила производственные мощности для микропроцессора 68020, и он все еще доступен сегодня.

Технические данные

Официальное имяMC68020[1]:577
ЦПУ тактовая частота12,5, 16,67, 20, 25, 33 МГц (минимум 8 МГц, без встроенной тактовой генерации)[1]:577
Напряжение питания5 В
Максимальная мощность1,75 Вт[1]:577
Производственный процессHCMOS, силиконовый элемент 3/8 дюйма[1]:577
Чип-носительPGA 169 (Использовано 114 контактов) 34,16 мм × 34,16 мм[1]:577 (53 ° C / Вт без радиатора)[2]
Адресная шина32-разрядный (4 ГБ с прямым линейным доступом)[1]:578
Шина данных32-битный
Набор инструкций101 CISC инструкции
Кеш256 байт Икаче[1]:578[2]
регистр
  • 7 для адресных операций (32-бит)[1]:578
  • 8 для операций с данными (32-бит)[1]:578
Обработка филиаловПрогноз ветвления:
  • Фиксированное предсказание ветвлений, подход без ветвлений[15]
Транзисторы~200 000[1]:577
Спектакль5,36 MIPS при 33 МГц[2]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Рафикзаман, М. (2005). Основы цифровой логики и проектирования микрокомпьютеров. Джон Вили и сыновья. п. 577-578. ISBN  978-0471733492.
  2. ^ а б c d е freescale.com - M68020UM / AD REV.2 Руководство пользователя
  3. ^ "Описание сигнала MC68020, Приложение А, стр. 84 ". Получено 2010-01-17.
  4. ^ «5.3.3 Цикл чтения-изменения-записи». Руководство пользователя микропроцессоров MC68020 / MC68EC020 UM Rev. 1.0 (PDF). Freescale Semiconductor. 1995 г.
  5. ^ Каталог продукции LeCroy для тестирования и измерений, 1996 г., Путь обновления для серии 9300, стр. 66
  6. ^ Каталог продукции LeCroy для тестирования и измерений, 1998 г., дополнительное оборудование для серии 9300, обработка мега-сигналов, стр. 87–88
  7. ^ LeCroy, 1996 г., Каталог продукции для испытаний и измерений, дополнительное оборудование для серии 9300, Обработка мегасигналов, стр. 66-67
  8. ^ Руководство по обслуживанию цифрового осциллографа LeCroy 9410, Обзор оборудования 9410, раздел 2.1, декабрь 1991 г.
  9. ^ Руководство по обслуживанию цифрового осциллографа LeCroy 9424, Обзор оборудования 9424, раздел 2.1, май 1993 г.
  10. ^ Руководство по обслуживанию цифрового осциллографа LeCroy 9450, Обзор оборудования 9450, октябрь 1990 г.
  11. ^ Руководство по обслуживанию цифрового осциллографа LeCroy 9450A, обзор оборудования 9450, декабрь 1991 г.
  12. ^ Руководство по обслуживанию цифровых осциллографов LeCroy 9400 / 9400A, раздел 1.1.1.3 Микропроцессор, август 1990 г.
  13. ^ Руководство по обслуживанию цифровых осциллографов Tektronix TDS684A, TDS744A и TDS784A, 070-8992-03, январь 1995 г.
  14. ^ Руководство по обслуживанию осциллографов Hewlett Packard серий 54520 и 54540 (54542-97015), глава 8, Теория основной сборки, апрель 1994 г.
  15. ^ Дандамуди, С. П. (2004). Руководство по RISC-процессорам. п.29. ISBN  0-387-21017-2.

внешняя ссылка