La serie Motorola 68000 (también conocida como 680x0 , m68000 , m68k o 68k ) es una familia de microprocesadores de computadora con conjunto de instrucciones complejas (CISC) de 32 bits . Durante la década de 1980 y principios de la de 1990, fueron populares en las computadoras personales y estaciones de trabajo y fueron los principales competidores de los microprocesadores x86 de Intel . Eran más conocidos como los procesadores utilizados en los primeros Apple Macintosh , el Sharp X68000 , el Commodore Amiga , el Sinclair QL , el Atari ST y Falcon , el Atari Jaguar , el Sega Genesis (Mega Drive), el Philips CD-i , Capcom System I (Arcade), AT&T UNIX PC , Tandy Model 16/16B/6000 , Sun Microsystems Sun-1 , Sun-2 y Sun-3 , NeXT Computer , NeXTcube , NeXTstation y NeXTcube Turbo , principios Estaciones de trabajo Silicon Graphics IRIS, computadoras de MASSCOMP , las calculadoras Texas Instruments TI-89 / TI-92 , Palm Pilot (todos los modelos con Palm OS 4.x o anterior), Control Data Corporation CDCNET Device Interface y Space Shuttle . Aunque ninguna computadora de escritorio moderna se basa en procesadores de la serie 680x0, los procesadores derivados todavía se usan ampliamente en sistemas integrados .
Motorola dejó de desarrollar la arquitectura de la serie 680x0 en 1994, reemplazándola con la arquitectura PowerPC RISC , que fue desarrollada en conjunto con IBM y Apple Computer como parte de la alianza AIM .
68010 :
68020 :
68030 :
68040 :
68060 :
La línea de procesadores 680x0 se ha utilizado en una variedad de sistemas, desde calculadoras modernas de alta gama de Texas Instruments (las líneas TI-89 , TI-92 y Voyage 200 ) hasta todos los miembros de la serie Palm Pilot que ejecutan Palm OS 1.xa 4.x (OS 5.x está basado en ARM ) e incluso versiones reforzadas contra la radiación en los sistemas de control críticos del transbordador espacial .
Sin embargo, la familia de CPU 680x0 se hizo más conocida como los procesadores que alimentan computadoras de escritorio avanzadas y consolas de videojuegos como Apple Macintosh , Commodore Amiga , Sinclair QL , Atari ST , SNK NG AES / Neo Geo CD , Atari Jaguar. , Commodore CDTV y varios otros. Los 680x0 también fueron los procesadores elegidos en la década de 1980 para estaciones de trabajo y servidores Unix , como la PC UNIX de AT&T , el modelo 16/16B/6000 de Tandy , Sun-1 , Sun-2 , Sun-3 de Sun Microsystems , NeXT Computer , Silicon Graphics. (SGI) y muchos otros. Había una versión 68000 de CP/M llamada CP/M-68K, que inicialmente se propuso como el sistema operativo Atari ST, pero Atari eligió Atari TOS en su lugar. Muchos puertos específicos del sistema CP/M-68K estaban disponibles; por ejemplo, TriSoft ofreció un puerto CP/M-68K para el modelo Tandy 16/16B/6000.
Además, y quizás lo más significativo, las primeras versiones de los intérpretes PostScript de Adobe estaban basadas en 68000. El 68000 en Apple LaserWriter y LaserWriter Plus tenía una frecuencia más rápida que la versión utilizada en ese momento en las computadoras Macintosh. Un rápido 68030 en intérpretes PostScript posteriores, incluidos los LaserWriter IIntx, IIf y IIg de resolución estándar (también 300 ppp), la serie LaserWriter Pro 600 de mayor resolución (generalmente 600 ppp, pero limitado a 300 ppp con una RAM mínima instalada) y el muy alto resolución de filmadoras Linotronic , 200PS (1500+ ppp) y 300PS (2500+ ppp). A partir de entonces, Adobe generalmente prefirió un RISC para su procesador, ya que sus competidores, con sus clones PostScript, ya habían optado por los RISC, a menudo una serie AMD 29000. Los primeros intérpretes de Adobe PostScript basados en 68000 y su hardware recibieron el nombre de cohetes y misiles estadounidenses de la época de la Guerra Fría : Atlas, Redstone, etc.
Hoy en día, estos sistemas son de final de línea (en el caso de Atari) o utilizan procesadores diferentes (en el caso de Macintosh, Amiga, Sun y SGI). Dado que estas plataformas alcanzaron su máxima participación de mercado en la década de 1980, sus fabricantes originales ya no admiten un sistema operativo para este hardware o están fuera del negocio. Sin embargo, los sistemas operativos Linux , NetBSD y OpenBSD aún incluyen soporte para procesadores 68000.
Los procesadores 68000 también se utilizaron en las consolas Sega Genesis (Mega Drive) y SNK Neo Geo como CPU principal. Otras consolas como la Sega Saturn usaban la 68000 para el procesamiento de audio y otras tareas de E/S, mientras que la Atari Jaguar incluía una 68000 que estaba destinada al control básico del sistema y al procesamiento de entradas, pero debido a la variedad inusual de procesadores heterogéneos de la Jaguar también era Se utiliza con frecuencia para ejecutar la lógica del juego. Muchas placas arcade también utilizaban procesadores 68000, incluidas placas de Capcom, SNK y Sega.
Los microcontroladores derivados de la familia 68000 se han utilizado en una gran variedad de aplicaciones. Por ejemplo, se han fabricado millones de microcontroladores CPU32 y ColdFire como controladores de motores de automóviles.
Muchos sistemas propietarios de edición de vídeo utilizaban procesadores 68000, como el MacroSystem Casablanca, que era una caja negra con una interfaz gráfica fácil de usar (1997). Estaba destinado al mercado de camarógrafos aficionados y aficionados. También cabe destacar su homólogo anterior, más grande y más profesional, el "DraCo" (1995). La innovadora serie Quantel Paintbox de los primeros sistemas de pintura y efectos de 24 bits se lanzó originalmente en 1981 y durante su vida utilizó casi toda la gama de procesadores de la familia 68000, con la única excepción del 68060, que nunca se implementó en su diseño. . Otro contendiente en el campo del vídeo, el sistema Abekas 8150 DVE, utilizó el 680EC30, y el Trinity Play, más tarde rebautizado como Globecaster, utiliza varios 68030. El sistema de gráficos de vídeo Bosch FGS-4000/4500 fabricado por Robert Bosch Corporation, más tarde BTS (1983), utilizó un 68000 como procesador principal; Esto impulsó a varios otros a realizar animaciones 3D en una computadora que podía aplicar fácilmente el sombreado Gouraud y Phong. Ejecutaba un sistema operativo Motorola VERSAdos modificado.
Las personas que están familiarizadas con el PDP-11 o el VAX suelen sentirse cómodas con la serie 68000. Con la excepción de la división de los registros de propósito general en registros de direcciones y datos especializados, la arquitectura 68000 es en muchos sentidos un PDP-11 de 32 bits.
Tenía un conjunto de instrucciones más ortogonal que el de muchos procesadores anteriores (por ejemplo, 8080) y posteriores (por ejemplo, x86). Es decir, normalmente era posible combinar operaciones libremente con operandos, en lugar de limitarse a utilizar determinados modos de direccionamiento con determinadas instrucciones. Esta propiedad hizo que la programación fuera relativamente fácil para los humanos y también facilitó la escritura de generadores de código para compiladores.
La serie 68000 tiene ocho registros de datos de uso general de 32 bits (D0-D7) y ocho registros de direcciones (A0-A7). El último registro de dirección es el puntero de la pila y los ensambladores aceptan la etiqueta SP como equivalente a A7.
Además, dispone de un registro de estado de 16 bits. Los 8 bits superiores son el byte del sistema y su modificación es privilegiada. Los 8 bits inferiores son el byte de usuario, también conocido como registro de código de condición (CCR), y su modificación no tiene privilegios. Las operaciones lógicas, aritméticas y de comparación 68000 modifican los códigos de condición para registrar sus resultados para su uso en saltos condicionales posteriores. Los bits del código de condición son "cero" (Z), "llevar" (C), "desbordamiento" (V), "extender" (X) y "negativo" (N). La bandera "extender" (X) merece una mención especial, porque está separada de la bandera de acarreo . Esto permite separar el bit extra de las operaciones aritméticas, lógicas y de cambio del acarreo para el flujo de control y la vinculación.
Si bien el 68000 tenía un 'modo supervisor', no cumplía con los requisitos de virtualización de Popek y Goldberg debido a la única instrucción 'MOVE from SR', que copia el registro de estado a otro registro, sin privilegios pero sensible. En el Motorola 68010 y posteriores, esto se hizo privilegiado para admitir mejor el software de virtualización.
El conjunto de instrucciones de la serie 68000 se puede dividir en las siguientes categorías amplias:
El Motorola 68020 agregó algunas instrucciones nuevas que incluyen algunas mejoras menores y extensiones al estado de supervisor, varias instrucciones para la gestión de software de un sistema multiprocesamiento (que fueron eliminadas en el 68060), algo de soporte para lenguajes de alto nivel que no se usaron mucho. (y se eliminó de futuros procesadores 680x0), instrucciones de multiplicación (32×32→64 bits) y división (cociente de 64÷32→32 bits y resto de 32 bits) más grandes y manipulaciones de campos de bits.
Los modos de direccionamiento estándar son:
Además: acceso al registro de estado y, en modelos posteriores, a otros registros especiales.
El Motorola 68020 agregó un modo de dirección de indexación escalada y agregó otro nivel de direccionamiento indirecto a muchos de los modos preexistentes.
La mayoría de las instrucciones tienen sufijos de letras de punto, lo que permite que las operaciones se realicen en bytes de 8 bits (".b"), palabras de 16 bits (".w") y longitudes de 32 bits (".l").
La mayoría de las instrucciones son diádicas , es decir, la operación tiene un origen y un destino, y se cambia el destino. Las instrucciones notables fueron:
Motorola utilizó principalmente números pares para revisiones importantes del núcleo de la CPU, como 68000, 68020, 68040 y 68060. El 68010 era una versión revisada del 68000 con modificaciones menores en el núcleo, y del mismo modo el 68030 era un 68020 revisado con algunas modificaciones más potentes. características, ninguna de ellas lo suficientemente importante como para clasificarla como una actualización importante del núcleo.
No existía el 68050, aunque en un momento fue un proyecto dentro de Motorola. Los comunicados con números impares siempre habían sido reacciones a cuestiones planteadas en la parte par anterior; por lo tanto, en general se esperaba que el 68050 hubiera reducido el consumo de energía del 68040 (y por lo tanto la disipación de calor), mejorado el manejo de excepciones en la FPU, usado un tamaño de característica más pequeño y optimizado el microcódigo de acuerdo con el uso de instrucciones del programa. Muchas de estas optimizaciones se incluyeron con el 68060 y formaban parte de sus objetivos de diseño. Por diversas razones, probablemente porque el 68060 estaba en desarrollo, que el Intel 80486 no estaba progresando tan rápido como Motorola suponía y que el 68060 era un proyecto exigente, el 68050 se canceló temprano en el desarrollo.
Tampoco hay ninguna revisión del 68060 , ya que Motorola estaba en proceso de pasar de las líneas de procesadores 68000 y 88k a su nuevo negocio PowerPC , por lo que el 68070 nunca se desarrolló. Si lo hubiera sido, habría sido un 68060 revisado, probablemente con una FPU superior (se especuló ampliamente sobre la canalización en Usenet).
Había una CPU con la designación 68070 , que era una versión con licencia y algo más lenta del 68000 de 16/32 bits con un controlador DMA básico, un host I²C y un puerto serie en el chip. Este 68070 se utilizó como CPU principal en el CD-i de Philips . Sin embargo, esta CPU fue producida por Philips y no forma parte oficialmente de la línea 680x0 de Motorola.
El 68060 de cuarta generación proporcionó una funcionalidad equivalente (aunque no compatibilidad con la arquitectura del conjunto de instrucciones) a la mayoría de las características de la microarquitectura Intel P5 .
Los mainframes compatibles con IBM basados en PC Personal Computers XT/370 y AT/370 incluían cada uno dos procesadores Motorola 68000 modificados con microcódigo personalizado para emular las instrucciones del mainframe S/370 . [11] [12]
Una empresa con sede en Arizona, Edge Computer Corp, supuestamente fundada por antiguos diseñadores de Honeywell, produjo procesadores compatibles con la serie 68000, y se afirma que estos tienen "una ventaja de rendimiento de tres a cinco veces mayor y de 18 a 24 meses de duración " sobre los de Motorola. productos propios. [13] En 1987, la compañía presentó la gama Edge 1000 de "superminicomputadoras de 32 bits que implementan el conjunto de instrucciones de Motorola en la arquitectura de mainframe Edge", empleando dos canales independientes: un canal de búsqueda de instrucciones (IFP) y un canal ejecutivo de operandos (OEP). - confiar en una unidad de predicción de sucursales que presenta un caché de sucursales de 4096 entradas, recuperando instrucciones y operandos a través de múltiples buses. [14] Un acuerdo entre Edge Computer y Olivetti llevó posteriormente a que este último introdujera productos de su propia gama "Linea Duo" basados en las máquinas de Edge Computer. [15] Posteriormente, la empresa pasó a llamarse Edgcore Technology Inc. [16] : 12 (también informada como Edgecore Technology Inc. [17] ). El acuerdo de Edgcore con Olivetti en 1987 para suministrar el procesador E1000 de la compañía fue seguido en 1989 por otro acuerdo con Philips Telecommunications Data Systems para suministrar el procesador E2000, que admite el conjunto de instrucciones 68030 y, según se informa, ofrece una calificación de rendimiento de 16 VAX MIPS. [18] En 1989 también se firmaron acuerdos similares con Nixdorf Computer e Hitachi . [19] [20]
Según se informa, Edge Computer tenía un acuerdo con Motorola. [17] A pesar de la creciente competencia de los productos RISC, Edgcore buscó distinguir sus productos en el mercado enfatizando su "alianza" con Motorola, empleando una campaña de marketing basada en las fábulas de Esopo con "el zorro (Edgecore) que trepa a la espalda del semental (Motorola) para arrancar frutos de las ramas más altas del árbol". [21] Se emplearon otros temas publicitarios de cuentos populares, como Caperucita Roja . [22] Como los inversores de la empresa se negaron a seguir financiando a la empresa y varias empresas participaron en conversaciones con otras partes, Arix Corp. anunció la adquisición de Edgcore en julio de 1989. [20] Según se informa, Arix pudo renovó su acuerdo con Hitachi en 1990, mientras que el futuro de acuerdos anteriores con Olivetti y Philips seguía en duda tras la adquisición de Edgcore. [23]
En 1992, una empresa llamada International Meta Systems (IMS) anunció una CPU basada en RISC, la IMS 3250 , que supuestamente podía emular "Intel 486 o Motorola 68040 a velocidades nativas completas y a una fracción de su costo". Marcado a las100 MHz , supuestamente se habían desarrollado emulaciones de un25 MHz 486 y30 MHz 68040, incluido el soporte de unidades de punto flotante, y el producto apunta a producirse a mediados de 1993 a un costo unitario de$50 a 60 . [24] En medio de la aparente proliferación del soporte de emulación en procesadores como el PowerPC 615 , en 1994, IMS supuestamente había presentado una patente sobre su tecnología de emulación pero no había encontrado ningún licenciatario. [25] Los repetidos retrasos en la introducción de este producto, atribuidos en una ocasión a "la necesidad de mejorar las capacidades de procesamiento de voz del chip", [26] aparentemente llevaron a la empresa a buscar introducir otro chip, el Meta6000, con el objetivo de competir. con los productos P6 de Intel. [27] Al final, IMS entró en quiebra después de haber vendido patentes a un litigante, TechSearch, que en 1998 intentó demandar a Intel por infracción de una patente de IMS. [28] TechSearch supuestamente perdió su caso pero intentó apelar, también buscando demandar a Intel por "difamación y calumnia" sobre la base de comentarios hechos por un representante de Intel que había caracterizado el modelo de negocio de TechSearch desfavorablemente en comentarios a la prensa. [29]
Después de la desaparición de los procesadores principales 68000, la familia 68000 se ha utilizado hasta cierto punto en versiones de microcontroladores y microprocesadores integrados. Estos chips incluyen los enumerados en "otros" arriba, es decir, CPU32 (también conocido como 68330 ), ColdFire , QUICC y DragonBall .
Con la llegada de la tecnología FPGA , un equipo internacional de desarrolladores de hardware ha recreado el 68000 con muchas mejoras como núcleo FPGA. Su núcleo se conoce como 68080 y se utiliza en los aceleradores Amiga de la marca Vampire. [30]
Magnetic Scrolls utilizó un subconjunto de las instrucciones del 68000 como base para la máquina virtual en sus aventuras de texto .
Durante la década de 1980 y principios de la de 1990, cuando el 68000 se usaba ampliamente en computadoras de escritorio, competía principalmente con la arquitectura x86 de Intel utilizada en PC compatibles con IBM . Las CPU 68000 de primera generación compitieron principalmente contra las 8086 , 8088 y 80286 de 16 bits . La generación 2 compitió contra el 80386 (el primer procesador x86 de 32 bits) y la generación 3 contra el 80486 . La cuarta generación compitió con la línea P5 Pentium , pero no fue tan utilizada como sus predecesoras, ya que gran parte del antiguo mercado 68000 ya no existía o estaba a punto de desaparecer (como fue el caso de Atari y NeXT), o se estaba convirtiendo a uno más nuevo. arquitecturas ( PowerPC para Macintosh y Amiga , SPARC para Sun y MIPS para Silicon Graphics (SGI)).
Hay docenas de arquitecturas de procesadores que tienen éxito en sistemas integrados . Algunos son microcontroladores mucho más simples, más pequeños y más baratos que el 68000, mientras que otros son relativamente sofisticados y pueden ejecutar software complejo. Las versiones integradas del 68000 suelen competir con arquitecturas de procesador basadas en PowerPC , ARM , MIPS , SuperH y otras.
