Моторола 88000

М88000
Дизайнер	Моторола
Биты	32-битный
Представлено	1988
Дизайн	РИСК
Тип	Загрузка-сохранение
Кодирование	Зафиксированный
Ветвление	Сравнить и разветвить
Порядок байтов	С
Расширения	Графические инструкции (только 88110)
Открыть	Нет
Регистры
общего назначения	32 32-битный
Плавающая точка	32 80-бит (только 88110)

88000 архитектура ( разработанная сокращенно m88k) — это RISC, набора команд Motorola в 1980-х годах. MC88100 MIPS появился на рынке в 1988 году, примерно на два года позже SPARC и конкурирующих . второго поколения Из-за позднего запуска и значительных задержек с выпуском MC88110 m88k добился очень ограниченного успеха за пределами платформы MVME и сред встроенных контроллеров. Когда Motorola присоединилась к альянсу AIM в 1991 году для разработки PowerPC , дальнейшее развитие 88000 закончилось.

История

Фон

Motorola вступила в 1980-е годы в сильной позиции; их недавно представленный Motorola 68000 легко превзошел любой другой микропроцессор на рынке, а его 32-битная архитектура естественным образом подходила для развивающегося рынка рабочих станций . Intel не продвигалась агрессивно в 32-битное пространство, а компании, которые это сделали, особенно National Semiconductor , провалили свои выпуски и оставили Motorola под контролем все, что не было Intel . В то время Intel занимала около 80% всего компьютерного рынка, а Motorola контролировала 90% остального.

Это привело к появлению в начале 1980-х годов концепции RISC. Сначала в отрасли шли ожесточенные споры о том, действительно ли эта концепция улучшит производительность или же ее более длинные программы на машинном языке действительно замедлят выполнение из-за дополнительного доступа к памяти. Все подобные дебаты прекратились к середине 1980-х годов, когда появились первые рабочие станции на базе RISC; последний Sun-3/80, работающий на Motorola 68030 с частотой 20 МГц, обеспечивал около 3 MIPS, тогда как первый SPARC на базе Sun-4/260 16 МГц с SPARC обеспечивал 10 MIPS. Hewlett-Packard , DEC и другие крупные поставщики начали переходить на платформы RISC.

Этот сдвиг на рынке потенциально мог лишить Motorola доступа на рынок рабочих станций, один из ее единственных оплотов и один из самых прибыльных. Apple оставалась единственным крупным поставщиком компании за пределами рабочих станций; другие пользователи 68000, особенно Atari Corporation и Commodore International , барахтались на рынке, который быстро стандартизировал IBM PC-совместимые устройства . ^{[ 1 ]}

Подход Motorola

Проекты RISC были сознательной попыткой адаптировать процессор к типам операций, вызываемых компиляторами на этой платформе, в случае рабочих станций Unix, языке программирования C. В плодотворном проекте IBM 801 отмечалось, что компиляторы обычно не используют подавляющее большинство доступных им инструкций, а вместо этого используют самые простые версии инструкций, часто потому, что они выполняются быстрее всего. Однако схема, обеспечивающая другие версии этих инструкций, добавляла накладные расходы даже в самой простой версии. Удаление этих неиспользуемых инструкций из ЦП устранило эти накладные расходы и освободило значительное пространство на кристалле. Это дало возможность увеличить количество регистров процессора , что оказало гораздо большее влияние на производительность, чем удаление специальных инструкций. По этой причине можно сказать, что концепция RISC основана на реальной конструкции компиляторов. ^{[ 2 ]}

В статьях Motorola о конструкции 88000 говорится об однотактных инструкциях, больших файлах регистров процессора и других отличительных чертах концепции RISC, но слово «RISC» не упоминается ни разу. ^{[ 3 ]} Поскольку существующие разработки RISC уже вышли на рынок, компания решила, что не будет пытаться конкурировать с ними и вместо этого будет производить самый мощный процессор в мире. Для этого они взяли проектные заметки с одного из самых быстрых компьютеров предыдущей эпохи — CDC 6600 суперкомпьютера . 6600 В частности, они переняли концепцию табло . Табло позволяло ЦП проверять использование регистров инструкцией и немедленно отправлять те, которые не полагались на предыдущие вычисления, которые еще не были завершены; это позволило переупорядочить инструкции, чтобы позволить выполнять те, у которых были необходимые данные, в то время как данные других загружались из кэша или памяти. Такое изменение порядка инструкций может улучшить использование на целых 35%. ^{[ 4 ]}

В конструкции также использовались отдельные адресные шины данных и команд. Это было дорого с точки зрения количества контактов; как кэш инструкций, так и кэш данных имели 32 контакта для адреса и 32 контакта для данных, то есть вся система использовала 128 контактов на «P-шине». Этот дизайн был основан на наблюдении, что только около трети операций были связаны с памятью; остальные работали с уже прочитанными данными. Это сильно способствовало выделению специального пути для инструкций к внешнему кэшу инструкций. Кэши и связанные с ними блоки управления памятью (MMU) изначально были внешними, контроллер кэша мог быть подключен как к шине данных, так и к шине команд, и на каждой шине можно было использовать до четырех контроллеров. Внутри было три 32-битные шины, подключенные к внутренним блокам разными способами, необходимыми для чтения и записи данных в регистры. ^{[ 5 ]}

Еще одной особенностью новой конструкции была встроенная поддержка специализированных сопроцессоров, или «модулей специальных функций», или SFU. ^{[ 5 ]} Помимо внутренних команд, поддерживаемых «из коробки», в нем были выделены блоки по 256 инструкций, которые могли использоваться сопроцессорами. Это было нацелено на дизайнеров, желающих настроить систему; новые функциональные блоки можно было добавлять, не затрагивая существующую архитектуру набора команд , обеспечивая совместимость программного обеспечения для основных функций. ^{[ 2 ]} Каждые 88000 поставлялись с уже установленным SFU1, блоком с плавающей запятой (FPU). ^{[ 5 ]} Инструкции ветвления и перехода включают опцию отложенного ветвления (.n), которую можно указать, чтобы гарантировать, что последующая последовательная инструкция будет выполнена до целевой инструкции ветвления, независимо от условия ветвления. ^{[ 6 ]} Размещение инструкции ветвления или другой инструкции, которая может изменить указатель команды, в слоте задержки ветвления не рекомендуется для обеспечения совместимости в будущем. ^{[ 7 ]}

Выпускать

К 1987 году стало широко известно, что Motorola разрабатывает собственный RISC-процессор. В компьютерной индустрии его называют «78000». ^{[ а ]} дань уважения более раннему 68000, ^{[ 2 ]} когда он был выпущен в апреле 1988 года, он стал 88000.

Побочным эффектом сложности конструкции стало то, что ЦП не помещался на одном чипе. Модель 68030, выпущенная годом ранее, имела 273 000 транзисторов, включая арифметико-логический блок (ALU) и блок управления памятью (MMU) на одном кристалле, а также дополнительный блок с плавающей запятой (FPU) в качестве отдельного чипа. Напротив, в 88000 ALU и FPU были объединены на транзисторе MC88100 на 750 000, а блок управления памятью (MMU) и кэш статического ОЗУ объемом 16 КБ - на транзисторе MC88200 на 750 000. В отличие от 68030, где FPU был действительно необязательным, практичную систему 88000 невозможно было построить без хотя бы одного MC88200. Системы могут включать более одного MC88200, создавая больший кэш и обеспечивая несколько путей к основной памяти для повышения производительности. ^{[ 2 ]}

Нацеленный на рынок высшего класса, на момент выпуска он был заявлен как самый быстрый 32-битный процессор в мире. Работая на частоте 20 МГц, он достигал 34 000 Dhrystones или 17 VUPS . ^{[ 8 ]}^{[ б ]} по сравнению с примерно 12 MIPS для SPARC 12,5 МГц того же поколения в SPARCstation или примерно с 3,3 MIPS для 68030 с частотой 20 МГц. Он также был доступен в виде детали с частотой 25 МГц при 21 MIPS, 48 387 Dhrystones. ^{[ 9 ]}

В то время Motorola продавала 88000 исключительно элитному сегменту рынка, включая «телекоммуникации, искусственный интеллект, графику, трехмерную анимацию, моделирование, параллельную обработку и суперкомпьютеры», хотя они предполагали, что существующая серия 68k будет продолжать использоваться. использоваться на рынке рабочих станций. Вместо этого большинство потенциальных клиентов проигнорировали 88000, ^{[ 8 ]} и система не нашла особого применения.

Переиздание

Поскольку первоначальная версия практически не нашла применения за пределами собственных продуктов Motorola, а традиционные клиенты начали переходить на другие конструкции RISC, компания перезапустила конструкцию в однокристальной форме MC88110. В конце 1980-х годов несколько компаний активно изучали серию 88000 для будущего использования, в том числе NeXT , Apple Computer и Apollo Computer , но все отказались от этой конструкции к тому времени, когда 88110 наконец стал доступен в 1992 году.

Была попытка популяризировать систему с помощью группы 88open , аналогично тому, что Sun Microsystems пыталась сделать со своим дизайном SPARC . Похоже, что в практическом смысле это провалилось. ^{[ 10 ]}

Отказ

В начале 1990-х годов компания Motorola присоединилась к усилиям AIM по созданию новой RISC-архитектуры на основе архитектуры IBM POWER . Они проработали несколько функций 88000 (например, совместимый интерфейс шины). ^{[ 11 ]}) в новую архитектуру PowerPC , чтобы предложить своим клиентам какой-то путь обновления. В этот момент 88000 были сброшены как можно скорее. ^{[ 12 ]}

Архитектура

Как и предшествующий 68000, 88000 считался «чистым» дизайном. Это чистая 32-битная архитектура загрузки/сохранения с отдельными кэшами инструкций и данных ( Гарвардская архитектура ). ^{[ 13 ]}и отдельные шины данных и адреса. Он имеет небольшой мощный набор команд и использует плоское адресное пространство.

Необычной архитектурной особенностью является то, что и целочисленные инструкции, и инструкции с плавающей запятой используют один и тот же файл регистров .

Реализации

Первой реализацией 88000 ISA был MC88100 микропроцессор , который включал интегрированный FPU . К нему был подключен MMU MC88200 и контроллер кэша . Идея такого разделения обязанностей заключалась в том, чтобы упростить многопроцессорных создание систем; один MC88200 может поддерживать до четырех MC88100. Однако это также означало, что для создания самой простой системы с одним процессором требовались как микросхемы, так и значительная проводка между ними, что увеличивало затраты. Вероятно, это было еще одной важной причиной ограниченного успеха 88000.

Позже эта проблема была решена с помощью суперскаляра MC88110 , который объединил ЦП, FPU, MMU и кэш L1 в единый пакет. Дополнительная модификация, сделанная по заказу проекта *T Массачусетского технологического института , привела к созданию MC88110MP, включающего встроенную связь для использования в многопроцессорных системах. ^{[ 14 ]} Версия, способная работать на частоте до 100 МГц, планировалась как MC88120, но так и не была построена.

Реализация встроенных приложений MC88300 находилась в стадии разработки в начале 1990-х годов, но в конечном итоге была отменена. Ford Motor Company планировала использовать эти чипы, которые, наряду с внедрением поставщиками телекоммуникационных услуг, считались гарантирующими жизнеспособность архитектуры на неопределенный срок. ^{[ 15 ]} Motorola предложила в качестве замены дизайн PowerPC, который Ford принял. ^{[ 16 ]}

Продукты и приложения

Motorola выпустила серию одноплатных компьютеров , известную как серия MVME , для создания «готовых» систем на базе 88000, а также стекируемые компьютеры Series 900, использующие эти платы MVME. В отличие от систем, монтируемых в башню или стойку , устройства Series 900 располагались друг на друге и подключались друг к другу с помощью кабелей, подобных шине. Эта концепция так и не прижилась.

Основные сторонние пользователи были ограничены. Единственное широкое применение будет в серии Data General AViiON . Они были довольно популярны и сегодня используются ограниченно. Для более поздних моделей DG перешла на Intel. Encore Computer построила свою машину Encore-91 на базе m88k, а затем представила полностью перепроектированную серию Infinity 90, но неясно, сколько из этих машин было продано. Encore перешёл в Альфу . Tektronix представила линейку графических рабочих станций XD88 в апреле 1989 года. ^{[ 17 ]}

Компания GEC Computers использовала MC88100 для создания GEC 4310, одного из компьютеров серии GEC 4000 , но проблемы с управлением памятью привели к тому, что он не работал так же хорошо, как их более ранние компьютеры серии GEC 4000 на базе вентильной матрицы и Am2900 . Модель BBN Butterfly TC-2000 использовала процессор MC88100 и масштабировалась до 512 процессоров. Linotype-Hell использовала 88110 на своих рабочих станциях Power, на которых работал DaVinci редактор растровой графики для манипулирования изображениями.

MC88110 использовался в некоторых версиях никогда не выпускавшейся машины NeXT , рабочей станции NeXT RISC , но проект был отменен вместе со всеми аппаратными проектами NeXT в 1993 году. 4-процессорные машины OMRON LUNA-88K из Японии использовали m88k и были некоторое время использовался в проекте ядра Маха в Университете Карнеги-Меллон . В начале 1990-х годов компания Northern Telecom использовала MC88100 и MC88110 в качестве центрального процессора в своем DMS семействе телефонных коммутаторов SuperNode.

Большинство других пользователей были намного меньше. Первоначально Alpha Microsystems планировала перейти на архитектуру 88K с Motorola 68000 и внутри компании создала на ее основе машину под управлением UNIX System V , но позже от нее отказались в пользу более поздних производных 68K. ^{[ 18 ]} NCD использовала 88100 (без 88200) в своих X-терминалах 88K . Dolphin Server, дочерняя компания умирающей компании Norsk Data , создавала серверы на базе 88k. ^{[ 19 ]} В период 1988-1992 годов было поставлено около 100 систем.

Virtuality использовала MC88110 в аркадном автомате виртуальной реальности SU2000 в качестве графического процессора, по одному MC88110 на экран каждой гарнитуры виртуальной реальности .

Во встроенном компьютерном пространстве «трехканальный компьютер VMS» на F-15 S / MTD использовал три 88000 в компьютере с тройным резервированием. ^{[ 20 ]}

Поддержка операционной системы

Motorola выпустила собственную версию UNIX System V , System V/88, для своих систем на базе 88000. Было два основных выпуска: выпуск 3.2 версии 3 и выпуск 4.0 версии 3. ^{[ 21 ]} Общие данные Системы AViiON работали под управлением DG/UX . Порты OpenBSD существуют для систем MVME, ^{[ 22 ]} рабочие станции ЛУНА-88К, ^{[ 23 ]} и общие данные систем AViiON. ^{[ 24 ]} по крайней мере один неофициальный экспериментальный порт NetBSD . Для систем MVME существует ^{[ 25 ]}

Примечания

^ Неясно, было ли это официальное название или нет.
^ Один VUPS примерно эквивалентен 1 MIPS.

Ссылки

Цитаты

^ Реймер, Джереми. «Общая доля: цифры доли рынка персональных компьютеров за 30 лет» . Арс Техника .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Крышка .
^ Алсуп 1990 .
^ Алсуп 1990 , с. 51.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Алсуп 1990 , с. 49.
^ «Руководство пользователя RISC-микропроцессора MC88100» (PDF) . п. 81(3-26) . Проверено 21 декабря 2023 г.
^ «Руководство пользователя RISC-микропроцессора MC88100» (PDF) . п. 88(3-33) . Проверено 30 декабря 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Апрель .
^ Том .
^ Апдегроув, Эндрю (март 2006 г.). «Войны стандартов: ситуации, стратегии и результаты» (PDF) . ConsortiumInfo.org. п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 16 июня 2009 г.
^ Кокс, Стивен (19 октября 2021 г.). «Процессор дня: процессор Motorola XC88110 88000 RISC» . Проверено 25 августа 2023 г.
^ Зиппер, Стюарт (24 мая 1993 г.). «Сделка Motorola PowerPC с Ford поднимает вопросы о судьбе 88K RISC» . Электронные новости . Проверено 16 июня 2009 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ «Рисунок 1-2 и §1.2.7 Несколько внешних шин». Руководство пользователя RISC-микропроцессора MC88100, второе издание (PDF) . 1990 . Проверено 25 августа 2023 г.
^ Пападопулос; и др. (28 июля 1993 г.). «*T: Интегрированные строительные блоки для параллельных вычислений» (PDF) . Массачусетский технологический институт . Проверено 16 июня 2009 г.
^ «Ford обеспечивает будущее 88000 RISC» . Униграмма/X . 17 июня 1991 г. с. 1 . Проверено 25 июля 2024 г.
^ Гарфинкель, Симсон (июнь 1992 г.). «Motorola рассчитывает на чип 68060» . NEXTWORLD .
^ Маршалл, Мартин (24 апреля 1989 г.). «Tektronix представляет семейство графических рабочих станций» . Инфомир .
^ «AMPM: Альфа-микроконкурс машин» . Машина Альфа Микро Пун .
^ Уилсон, Дэвид (июль 1991 г.). «Проверенная храбрость: серверная технология Dolphin Triton 88» . Обзор UNIX . стр. 38, 40, 43–44, 46, 48 . Проверено 24 февраля 2023 г.
^ Ноббс, Стивен Г. «Внедрение и интеграция PSC» (PDF) . НАСА. п. 63 . Проверено 16 июня 2009 г.
^ Паттерсон, Барбара (2 ноября 1991 г.). «Система Motorola V/88 R4v3.1» . Компьютерная группа Моторола . Архивировано из оригинала 5 мая 2006 года . Проверено 16 июня 2009 г.
^ OpenBSD/mvme88k
^ OpenBSD/luna88k
^ OpenBSD/авион
^ NetBSD/m88k. Архивировано 12 января 2013 г. в archive.today. Неофициальный порт NetBSD 3.x.

Библиография

Алсап, Митч (июнь 1990 г.). «Семейная архитектура Motorola 88000» . IEEE микро . 10 (3): 48–66. дои : 10.1109/40.56325 . S2CID 30607775 .
«Сняв крышку с Motorola 88000 – чтобы найти сопроцессоры, которые можно сделать своими руками» . ТехМонитор . 14 сентября 1988 года.
«Риск Motorola 88000 в серийном производстве» . ТехМонитор . 27 июня 1989 года. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
«Риск Motorola, запуск которого запланирован на апрель, специально разработан для Unix» . ТехМонитор . 18 февраля 1988 г.

Внешние ссылки

Веб-сайт m88k Справочный веб-сайт m68k/m88k
Dolphin m88k Dolphin Серверная технология
Badabada.org об оборудовании и компьютерах m88k

[8] Неясно, было ли это официальное название или нет.

[10] Один VUPS примерно эквивалентен 1 MIPS.

[1] Реймер, Джереми. «Общая доля: цифры доли рынка персональных компьютеров за 30 лет» . Арс Техника .

[FOOTNOTELid-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Крышка .

[FOOTNOTEAlsup1990-3] Алсуп 1990 .

[FOOTNOTEAlsup199051-4] Алсуп 1990 , с. 51.

[FOOTNOTEAlsup199049-5] Jump up to: ^а ^б ^с Алсуп 1990 , с. 49.

[6] «Руководство пользователя RISC-микропроцессора MC88100» (PDF) . п. 81(3-26) . Проверено 21 декабря 2023 г.

[7] «Руководство пользователя RISC-микропроцессора MC88100» (PDF) . п. 88(3-33) . Проверено 30 декабря 2023 г.

[FOOTNOTEApril-9] Jump up to: ^а ^б Апрель .

[FOOTNOTEVolume-11] Том .

[Standards_Wars-12] Апдегроув, Эндрю (март 2006 г.). «Войны стандартов: ситуации, стратегии и результаты» (PDF) . ConsortiumInfo.org. п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 16 июня 2009 г.

[CPU_of_the_day-13] Кокс, Стивен (19 октября 2021 г.). «Процессор дня: процессор Motorola XC88110 88000 RISC» . Проверено 25 августа 2023 г.

[Electronic_News-14] Зиппер, Стюарт (24 мая 1993 г.). «Сделка Motorola PowerPC с Ford поднимает вопросы о судьбе 88K RISC» . Электронные новости . Проверено 16 июня 2009 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[15] «Рисунок 1-2 и §1.2.7 Несколько внешних шин». Руководство пользователя RISC-микропроцессора MC88100, второе издание (PDF) . 1990 . Проверено 25 августа 2023 г.

[*T:-16] Пападопулос; и др. (28 июля 1993 г.). «*T: Интегрированные строительные блоки для параллельных вычислений» (PDF) . Массачусетский технологический институт . Проверено 16 июня 2009 г.

[unigramx19910617_ford-17] «Ford обеспечивает будущее 88000 RISC» . Униграмма/X . 17 июня 1991 г. с. 1 . Проверено 25 июля 2024 г.

[18] Гарфинкель, Симсон (июнь 1992 г.). «Motorola рассчитывает на чип 68060» . NEXTWORLD .

[19] Маршалл, Мартин (24 апреля 1989 г.). «Tektronix представляет семейство графических рабочих станций» . Инфомир .

[20] «AMPM: Альфа-микроконкурс машин» . Машина Альфа Микро Пун .

[unixreview199107_dolphin-21] Уилсон, Дэвид (июль 1991 г.). «Проверенная храбрость: серверная технология Dolphin Triton 88» . Обзор UNIX . стр. 38, 40, 43–44, 46, 48 . Проверено 24 февраля 2023 г.

[VMS-22] Ноббс, Стивен Г. «Внедрение и интеграция PSC» (PDF) . НАСА. п. 63 . Проверено 16 июня 2009 г.

[UNIX_System_V/88-23] Паттерсон, Барбара (2 ноября 1991 г.). «Система Motorola V/88 R4v3.1» . Компьютерная группа Моторола . Архивировано из оригинала 5 мая 2006 года . Проверено 16 июня 2009 г.

[OpenBSD/mvme88k-24] OpenBSD/mvme88k

[OpenBSD/luna88k-25] OpenBSD/luna88k

[OpenBSD/aviion-26] OpenBSD/авион

[NetBSD/m88k-27] NetBSD/m88k. Архивировано 12 января 2013 г. в archive.today. Неофициальный порт NetBSD 3.x.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ а ]

[ 8 ]

[ б ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

v т и Архитектуры компьютеров с сокращенным набором команд (RISC)
Происхождение	ИБМ 801 Беркли RISC Стэнфордский МИПС
Активный	Аналоговые устройства Блэкфин АРК РУКА АВР eSi-ОБОГРЕВ LatticeMico8 , LatticeMico32 МИПС OpenRISC Мощность ОДИН Ренесас М32Р , СуперХ , В850 РИСК-V СПАРК Санвей Юникор Xilinx MicroBlaze , PicoBlaze
Снято с производства	Альфа AMD Am29000 Аполлон ПРИЗМА Атмел АВР32 Клипер CR16 КРИСП ДЕКАБРЬСКАЯ ПРИЗМА Интел i860 , i960 МЕТА МИПС-Х Моторола 88000 , M·CORE ПА-РИСК МОЩНОСТЬ , PowerPC , РОМП