Моторола 68040
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2023 г. ) |
| Общая информация | |
|---|---|
| Запущен | 1990 |
| Разработано | Моторола |
| Производительность | |
| Макс. процессора Тактовая частота | от 25 МГц до 40 МГц |
| Ширина данных | 32 бита |
| Ширина адреса | 32 бита |
| Кэш | |
| L1 Кэш | По 4096 байт для инструкций и данных с независимыми MMU и TLB. [1] |
| Архитектура и классификация | |
| Набор инструкций | Моторола серии 68000 |
| Физические характеристики | |
| Транзисторы |
|
| Упаковка | |
| Продукты, модели, варианты | |
| Вариант |
|
| История | |
| Предшественник | Моторола 68030 |
| Преемник | Моторола 68060 |
Motorola 68040 (« шестьдесят восемь сорок ») — 32-разрядный микропроцессор из серии Motorola 68000 , выпущенный в 1990 году. [2] Это преемник 68030 , за ним следует 68060 , пропуская 68050. В соответствии с общим наименованием Motorola, 68040 часто называют просто '040 (произносится как oh-four-oh или oh-forty ).
68040 был первым членом семейства 680x0 со встроенным модулем вычислений с плавающей запятой (FPU). Таким образом, он включал в себя всю функциональность, которая ранее требовала внешних микросхем, а именно FPU и блок управления памятью (MMU), которые были добавлены в 68030. Он также имел разделенные кэши инструкций и данных по 4 килобайта каждый. Он был полностью конвейерным и состоял из шести этапов.
Версии 68040 были созданы для определенных сегментов рынка, включая 68LC040 , в котором удален FPU, и 68EC040 , в котором удалены как FPU, так и MMU. Motorola планировала вариант EC для встроенного использования, но встроенные процессоры во времена 68040 не нуждались в мощности 68040, поэтому варианты EC 68020 и 68030 продолжали широко использоваться в конструкциях.
Motorola выпустила несколько классов скорости. Детали 16 МГц и 20 МГц никогда не проходили аттестацию (обозначение XC) и использовались в качестве образцов для прототипирования. Классы 25 МГц и 33 МГц присутствовали во 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 диапазон теплового расчета .
Использование
[ редактировать ]В компьютерах Apple Macintosh 68040 был представлен в Macintosh Quadra , названном в честь чипа. Самый быстрый процессор 68040 работал на частоте 40 МГц и использовался только в Quadra 840AV. Более дорогие модели (недолговечной) линейки Macintosh Centris также использовали 68040, а более дешевые Quadra, Centris и Macintosh Performa использовали 68LC040 . 68040 также использовался в других персональных компьютерах , таких как Amiga 4000 и Amiga 4000T , а также в ряде рабочих станций , серверах Alpha Microsystems , сериях HP 9000/400 , NCR. TOWER 32/750, 32/825 корпорации и 32/850, [3] Apollo Компьютер DN5500 , [4] и более поздние версии компьютера NeXT .
Процессор 68040 используется в компьютерах управления полетом (FMC) на борту многих самолетов Boeing 737 , включая все Next Generation и MAX . модели [5]
Дизайн
[ редактировать ]68040 столкнулся с пределом транзисторного бюджета на ранних стадиях разработки. Хотя MMU не требовало большого количества транзисторов (на самом деле, поскольку он находился на том же кристалле, что и ЦП, это фактически экономило на транзисторах), FPU определенно это делал. Внешний FPU Motorola 68882 был известен как очень высокопроизводительный блок, и Motorola не хотела рисковать интеграторами, используя версию «LC» с 68882 вместо более прибыльного полного блока «RC». (Информацию о многопроцессорной модели Motorola серии 680x0 см. в Motorola 68020. ) FPU в 68040 был неспособен к трансцендентным функциям IEEE , которые поддерживались как 68881, так и 68882 и использовались популярным программным обеспечением для генерации фракталов время и многое другое. 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.
Жара всегда была проблемой на протяжении всей жизни 68040. Хотя он обеспечивал более чем в четыре раза большую тактовую производительность, чем 68020 и 68030, сложность чипа и требования к мощности были обусловлены большим кристаллом и большим объемом кэш-памяти. Это повлияло на масштабирование процессора, и он никогда не мог работать с тактовой частотой выше 40 МГц. Вариант с частотой 50 МГц планировался, но был отменен. Энтузиасты разгона сообщили об успехе в достижении частоты 50 МГц с использованием генератора с частотой 100 МГц вместо генератора с частотой 80 МГц и новой на тот момент технологии добавления радиаторов увеличенного размера с вентиляторами.
68040 предлагал те же функции, что и Intel 80486 , но в тактовой частоте мог значительно превосходить чип Intel в операциях с целыми числами и с плавающей запятой. [6] [7]
Варианты
[ редактировать ]68EC040
[ редактировать ]68EC040 — это версия микропроцессора Motorola 68040, предназначенная для встроенных контроллеров (EC). От 68040 он отличается 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 , который является сердцем моделей 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 и 7600.
68LC040
[ редактировать ]
68LC040 — это дешевая Motorola 68040 версия микропроцессора без FPU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. Хотя процессор теперь больше соответствует характеристикам Motorola 68030, он по-прежнему включает кэш и конвейер 68040 и, таким образом, значительно быстрее, чем 68030.
Некоторые версии маски 68LC040 содержали ошибку , которая не позволяла чипу работать правильно при программного эмулятора использовании FPU. Согласно опечатке Моторолы, [8] любой чип с набором масок 2Э71М или новее не содержит ошибки. Эта новая маска была представлена в середине 1995 года и преобразовала чип 68LC040 в статус MC. [9]
Версии с ошибками обычно встречаются на компьютерах Apple Macintosh на базе 68LC040 . Подтверждено, что чипы с набором масок 2E23G (используемые в LC 475) неисправны. Ошибка связана с потерей ожидающих операций записи при срабатывании исключения F-линии. [10] 68040 не может обновлять свой микрокод, как современные чипы x86. Это означает, что единственный способ использовать программное обеспечение, требующее функциональности с плавающей запятой, — это заменить глючный 68LC040 более поздней версией или полной 68040.
Таблица характеристик
[ редактировать ]| Вариант | ММУ | ФПУ |
|---|---|---|
| 68040 | Да | Да |
| 68 ЛК 040 | Да | Нет |
| 68 ЕС 040 | Нет | Нет |
Технические данные
[ редактировать ]| процессора Тактовая частота | 25, 33, 40 МГц |
| Производственный процесс | статическая КМОП 0,8 мкм , 0,65 мкм , Freescale 0,57 мкм |
| Чип-носитель | 179 керамических PGA и 184 QFP |
| Адресная шина | 32 бит |
| Данные шины | 32 бит |
| Набор инструкций | ЦИСК |
| Транзисторы | ~1,200,000 |
ATC = Кэш трансляции адресов
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Страница сводной информации о продукте MC68040» . Архивировано из оригинала 14 января 2012 года.
- ^ Дейли, Джеймс (22 января 1990 г.). «Motorola представляет высококачественный чип 68040» . Компьютерный мир . п. 133 . Проверено 3 марта 2024 г.
- ^ Фицджеральд, Майкл (6 мая 1991 г.). «НКР обещает, что линия Тауэра будет жить» . Компьютерный мир . Проверено 31 марта 2023 г.
- ^ Тим Ханклер (июль 1996 г.). «Руководство по выживанию для рабочих станций Apollo» . Проверено 13 октября 2022 г.
- ^ Брейди, Крис. «Компьютер управления полетом Boeing 737» . Техническая площадка Боинга 737 . Проверено 24 июня 2022 г.
- ^ «CISC: Intel 80486 против Motorola MC68040» . Июль 1992 года . Проверено 20 мая 2013 г.
- ^ «68040 Микропроцессор» . Архивировано из оригинала 16 февраля 2012 года.
- ^ «Разъяснение документации для MC68040» . Свободный масштаб . Архивировано из оригинала 14 марта 2012 года . Проверено 20 мая 2013 г.
- ^ «Наборы масок E71M и E42K, соответствующие требованиям MC» . Свободный масштаб . Архивировано из оригинала 2 марта 2012 года . Проверено 24 июля 2012 г.
- ^ «Отчет о проблеме NetBSD № 13078: проблема Mac 68LC040» . Gnats.netbsd.org . Проверено 24 июля 2012 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2007]. «Стандарт десятичных чисел с плавающей запятой» . четырехблок . Другие последние десятичные форматы с плавающей запятой. Архивировано из оригинала 3 июля 2018 года . Проверено 16 июля 2018 г.