Motorola 68040 - Motorola 68040
| Спектакль | |
|---|---|
| Максимум. ЦПУ тактовая частота | От 25 МГц до 40 МГц |
| Ширина данных | 32 бит |
| Ширина адреса | 32 бит |
| Кеш | |
| L1 тайник | 4096 байт для инструкций 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 |
В Motorola 68040 ("шестьдесят восемь-сорок") это 32-битный микропроцессор из Motorola, выпущенный в 1990 году. Это преемник 68030 и следует 68060. 68050 не было. В соответствии с общим названием Motorola, 68040 часто называют просто '040 (произносится ой-четыре-ой или же ох-сорок).
В Apple Macintosh компьютеров, 68040 был представлен в Macintosh Quadra, названный в честь чипа. Самый быстрый процессор 68040 работал на частоте 40 МГц и использовался только в Quadra 840AV. Более дорогие модели в (недолговечные) Macintosh Centris линия также использовала 68040, в то время как более дешевые Quadra, Centris и Macintosh Performa использовал 68LC040. 68040 также использовался в других персональные компьютеры, такой как Амига 4000 и Амига 4000Т, а также ряд рабочие станции, Alpha Microsystems серверы, HP 9000 / 400 серии и более поздние версии Следующий компьютер.
68040 был первым 680x0 семья член со встроенным чипом Блок с плавающей запятой (FPU). Таким образом, он включал в себя все функции, которые ранее требовали внешних микросхем, а именно FPU и Блок управления памятью (MMU), который был добавлен в 68030. Он также имел разделенные кеши инструкций и данных по 4 килобайты каждый. Это было полностью конвейерный, с шестью ступенями.
К сожалению, на ранних этапах разработки 68040 столкнулся с ограниченным бюджетом транзисторов. 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. Motorola 68882 Внешний FPU 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 не поддерживает IEEE. трансцендентные функции, 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 большими кэшами. Это повлияло на масштабирование процессора, и он никогда не мог работать с тактовой частотой выше 40 МГц. Вариант 50 МГц планировался, но был отменен. Разгон Энтузиасты сообщили об успехе в достижении 50 МГц с использованием генератора 100 МГц вместо компонента на 80 МГц и новой для того времени техники добавления радиаторов с вентиляторами увеличенного размера.
68040 предлагал те же функции, что и Intel 80486, но по тактовой частоте может значительно превзойти чип Intel в целочисленных командах и командах с плавающей запятой.[2][3] Однако у 80486 была возможность работать значительно быстрее, не страдая от проблем с перегревом. В конце 1991 года, когда линейка настольных компьютеров Macintosh более высокого класса перешла на модель '040, Apple не смогла предложить новый процессор в своем топ-классе. PowerBooks до начала 1994 года. Поскольку PowerBooks были ограничены только 68030 в течение нескольких лет, Macworld рецензенты признали, что лучшим выбором для опытных пользователей был ПК-совместимый Инструменты Техаса 80486, а не топовый PowerBook 180.[нужна цитата ]
Версии 68040 были созданы для определенных сегментов рынка, включая 68LC040, который удалил 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 класс 40 МГц был только для «полного» 68040. Запланированный класс 50 МГц был отменен после того, как он превысил тепловая расчетная оболочка.
Для получения дополнительной информации об инструкциях и архитектуре см. Motorola 68000.
Варианты
68EC040
В 68EC040 представляет собой версию микропроцессора Motorola 68040, предназначенную для встроенных 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 коммутаторе Cisco Supervisor Engine I это сердце моделей 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 и 7600.
68LC040
В 68LC040 это бюджетный версия Motorola 68040 микропроцессор без FPU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. Хотя процессор теперь вписывается в функциональную таблицу, больше похожую на Motorola 68030, он по-прежнему включает 68040. тайники и трубопровод и, таким образом, значительно быстрее, чем 68030.
Немного маска ревизии 68LC040 содержали ошибка что мешает чипу работать правильно, когда программный FPU эмулятор используется. Согласно ошибкам Motorola,[4] любая микросхема с набором масок 2Е71М или новее 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 68LC040-based. Apple Macintosh компьютеры. 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 характеристик
| Вариант | MMU | FPU |
|---|---|---|
| 68040 | да | да |
| 68LC040 | да | Нет |
| 68EC040 | Нет | Нет |
Технические данные
| ЦПУ тактовая частота | 25, 33, 40 МГц |
| Производственный процесс | статический CMOS 0,8 мкм, 0,65 мкм, Freescale 0,57 мкм |
| Чип-носитель | 179 керамика PGA и 184 QFP |
| Адресная шина | 32 бит |
| Шина данных | 32 бит |
| Набор инструкций | CISC |
| Транзисторы | ~1,200,000 |
ATC = Кэш преобразования адресов
Рекомендации
- ^ "Страница обзора продукта MC68040". Архивировано из оригинал 14 января 2012 г.
- ^ «CISC: Intel 80486 против Motorola MC68040». Июль 1992 г.. Получено 20 мая 2013.
- ^ «68040 Микропроцессор». Архивировано из оригинал 16 февраля 2012 г.
- ^ «Разъяснение документации для MC68040». Freescale. Получено 20 мая 2013.
- ^ "Наборы масок, соответствующих требованиям MC для E71M и E42K". Freescale.com. Получено 24 июля 2012.
- ^ «Отчет о проблеме NetBSD № 13078: проблема Mac 68LC040». Gnats.netbsd.org. Получено 24 июля 2012.
дальнейшее чтение
- Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2007]. «Стандарт десятичных чисел с плавающей запятой». квадиблок. Другие недавние форматы десятичных чисел с плавающей запятой. В архиве из оригинала 3 июля 2018 г.. Получено 16 июля 2018.