Motorola 68040 микропроцессоры: сипаттамасы және қолданылуы
Motorola 68040
Motorola 68040 – 1990 ж. шығарылған 32 биттік микропроцессор. 68030-дың жаңартылған нұсқасы, кіріктірілген FPU және MMU құрайды. Технология туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
32 биттік микропроцессор
32 bit microprocessor
Motorola 68040 («алпыс сегіз қырық») — Motorola 68000 сериясындағы 32 биттік микропроцессор, 1990 жылы шығарылған. Ол 68030-дың ізбасары болып табылады және 68050-ді өткізіп, 68060-қа дейін келеді. Motorola-ның жалпы атауын сақтай отырып, 68040 көбінесе '040 деп аталады (оо төрт оо немесе о о қырық деп айтылады). 68040 чиптегі қозғалатын нүктелі операцияларды орындайтын құрылғысы (FPU) бар 680x0 отбасының алғашқы мүшесі болды. Осылайша, ол бұрын сыртқы чиптерді қажет еткен барлық функционалдықты, атап айтқанда FPU және жадты басқару блогын (MMU) қамтыды, ол 68030-да қосылған. Сонымен қатар, оның 4 килобайттан тұратын бөлінген командалар мен деректер кэштері болды. Ол толыққанды құбырлы конструкциямен, алты сатысымен жабдықталған. 68040-тың нұсқалары нарықтың белгілі бір сегменттері үшін жасалды, соның ішінде FPU-ны алып тастаған 68LC040 және FPU мен MMU-ны алып тастаған 68EC040. Motorola EC нұсқасын кіріктірілген қолдану үшін жоспарлаған, бірақ 68040-шы жылдардағы кіріктірілген процессорлар 68040-тың қуатына мұқтаж болған жоқ, сондықтан 68020 және 68030-дың EC нұсқалары жобаларда жиі қолданыла берді. Motorola бірнеше жылдамдық деңгейлерін өндірді. 16 МГц және 20 МГц бөліктері ешқашан сертификатталған жоқ (XC белгісі) және прототиптік үлгілер ретінде пайдаланылды. 25 МГц және 33 МГц деңгейлері бүкіл желіде қолданылды, бірақ 2000 жылға дейін 40 МГц деңгейі тек «толық» 68040 үшін ғана болды. Жоспарланған 50 МГц деңгейі жылулық дизайн шегінен асып кеткендіктен тоқтатылды.
The Motorola 68040 ("sixty eight oh forty") is a 32 bit microprocessor in the Motorola 68000 series, released in 1990. It is the successor to the 68030 and is followed by the 68060, skipping the 68050. In keeping with general Motorola naming, the 68040 is often referred to as simply the '040 (pronounced oh four oh or oh forty). The 68040 was the first 680x0 family member with an on chip Floating Point Unit (FPU). It thus included all of the functionality that previously required external chips, namely the FPU and Memory Management Unit (MMU), which was added in the 68030. It also had split instruction and data caches of 4 kilobytes each. It was fully pipelined, with six stages. Versions of the 68040 were created for specific market segments, including the 68LC040, which removed the FPU, and the 68EC040, which removed both the FPU and MMU. Motorola had intended the EC variant for embedded use, but embedded processors during the 68040's time did not need the power of the 68040, so EC variants of the 68020 and 68030 continued to be common in designs. Motorola produced several speed grades. The 16 MHz and 20 MHz parts were never qualified (XC designation) and used as prototyping samples. 25 MHz and 33 MHz grades featured across the whole line, but until around 2000 the 40 MHz grade was only for the "full" 68040. A planned 50 MHz grade was canceled after it exceeded the thermal design envelope.
Қолданылуы
Apple Macintosh компьютерлерінде 68040 чипі Macintosh Quadra модельдерінде пайда болды, ол чиптің атына байланысты аталды. Ең жылдам 68040 процессоры 40 МГц жиілікте жұмыс істеді және ол тек Quadra 840AV модельдерінде қолданылды. (Қысқа ғұмырлы) Macintosh Centris желісінің жоғары бағалы модельдері де 68040-ты қолданды, ал арзан Quadra, Centris және Macintosh Performa модельдері 68LC040-ты қолданды. 68040 процессоры басқа жеке компьютерлерде де қолданылды, мысалы Amiga 4000 және Amiga 4000T, сондай-ақ көптеген жұмыс станцияларында, Alpha Microsystems серверлерінде, HP 9000/400 сериясында, NCR Corporation компаниясының TOWER 32/750, 32/825 және 32/850 модельдерінде, Apollo Computer компаниясының DN5500 және NeXT компьютерінің кейінгі нұсқаларында қолданылды. 68040 процессоры көптеген Boeing 737 ұшақтарының ұшуды басқару компьютерлерінде (FMC) қолданылады, оның ішінде Next Generation және MAX модельдерінің барлығында.
In Apple Macintosh computers, the 68040 was introduced in the Macintosh Quadra, which was named for the chip. The fastest 68040 processor was clocked at 40 MHz and it was used only in the Quadra 840AV. The more expensive models in the (short lived) Macintosh Centris line also used the 68040, while the cheaper Quadra, Centris and Macintosh Performa used the 68LC040. The 68040 was also used in other personal computers, such as the Amiga 4000 and Amiga 4000T, as well as a number of workstations, Alpha Microsystems servers, the HP 9000/400 series, NCR Corporation's TOWER 32/750, 32/825 and 32/850, Apollo Computer's DN5500, and later versions of the NeXT computer. The 68040 processor is used in the flight management computers (FMC) aboard many Boeing 737 aircraft, including all Next Generation and MAX models.
Дизайн
68040-тың дизайны басталғанда транзисторларға қойылған шектеулерге ерте тап болды. MMU көп транзисторларды қабылдамады, тіпті оны CPU-мен бірге бір чипке орналастыру транзисторларды үнемдеді, бірақ FPU осы мәселені күшейте түсті. Motorola-ның 68882 сыртқы FPU өте жоғары өнімділікке ие екені мәлім болды және Motorola интеграторлардың 68882 орнына пайдалырақ «RC» нұсқасынан гөрі «LC» нұсқасын пайдалану қаупіне баруын қаламайтын. (Motorola-ның 680x0 сериясындағы көппроцессорлық модель туралы толық ақпаратты Motorola 68020-дан қараңыз.) Сондықтан 68040-тағы FPU, бұрын 68881 және 68882-де қолданылған және сол кездегі танымал фракталдарды жасау бағдарламаларында қолданылған IEEE трансценденттік функцияларын орындай алмады. Motorola жылжымалы нүктелік қолдау пакеті (FPSP) осы функцияларды үзіліс кезінде бағдарламалық түрде эмуляциялады. Бұл өте маңызды болғандықтан, трансценденттік функцияларды жиі пайдалану өнімділіктің күрт төмендеуіне әкелді. Жылу мәселесі 68040-тың өмір бойы бойына шешілмей келді. Ол 68020 және 68030-ға қарағанда сағат импульсы үшін төрт еседен астам өнімділік көрсеткенімен, чиптің күрделілігі мен қуатқа қойылған талаптар үлкен чип өлшемінен және үлкен кэштен туындады. Бұл процессордың масштабына әсер етті және оның тактық жиілігі 40 МГц-тен жоғары болған емес. 50 МГц нұсқасы жоспарланған, бірақ кейіннен жойылды. Оверклокерлар 80 МГц осцилляторының орнына 100 МГц осцилляторын қолданып, сондай-ақ желдеткіштері бар үлкен жылу таратушыларды орнату арқылы 50 МГц-ке жетуге сәттіліктерін жеткізді. 68040 Intel 80486 сияқты мүмкіндіктерді ұсынды, бірақ сағат импульсы үшін сағат негізінде Intel чипінен бүтін сандар және жылжымалы нүктелік операциялар бойынша айтарлықтай артық өнімділік көрсетуге қабілетті болды.
The 68040 ran into the transistor budget limit early in design. While the MMU did not take many transistors—indeed, having it on the same die as the CPU actually saved on transistors—the FPU certainly did. Motorola's 68882 external FPU was known as a very high performance unit and Motorola did not wish to risk integrators using the "LC" version with a 68882 instead of the more profitable full "RC" unit. (For information on Motorola's multiprocessing model with the 680x0 series, see Motorola 68020.) The FPU in the 68040 was thus made incapable of IEEE transcendental functions, which had been supported by both the 68881 and 68882 and were used by the popular fractal generating software of the time and little else. The Motorola floating point support package (FPSP) emulated these instructions in software under interrupt. As this was an exception handler, heavy use of the transcendental functions caused severe performance penalties. Heat was always a problem throughout the 68040's life. While it delivered over four times the per clock performance of the 68020 and 68030, the chip's complexity and power requirements came from a large die and large caches. This affected the scaling of the processor and it was never able to run with a clock rate exceeding 40 MHz. A 50 MHz variant was planned, but canceled. Overclocking enthusiasts reported success reaching 50 MHz using a 100 MHz oscillator instead of an 80 MHz part and the then novel technique of adding oversized heat sinks with fans. The 68040 offered the same features as the Intel 80486, but on a clock for clock basis could significantly outperform the Intel chip in integer and floating point instructions.
68Е040
68EC040 – кіріктірілген басқару жүйелері (embedded controllers) үшін арналған Motorola 68040 микропроцессорының түрі. Ол 68040-тан айырмашылығы, оның математикалық сопроцессоры (FPU) мен жадты басқару блогы (MMU) жоқ. Бұл оны арзанрақ етеді және аз қуатты тұтынады. 68EC040 Cisco Switch Supervisor Engine I құрамында қолданылған, ол 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 және 7600 модельдерінің негізгі бөлігі болып табылады.
The 68EC040 is a version of the Motorola 68040 microprocessor, intended for embedded controllers (EC). It differs from the 68040 in that it has neither an FPU nor an MMU. This makes it less expensive and it draws less power. The 68EC040 was used in Cisco switch Supervisor Engine I that is the heart of models 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 and 7600.
68LC040
68LC040 – FPU-сыз Motorola 68040 микропроцессордың төмен бағалы нұсқасы. Бұл оны арзанрақ етеді және аз қуат тұтынады. CPU қазір Motorola 68030 сияқты мүмкіндіктер тізіміне сәйкес келсе де, 68040-тың кэштері мен құбыржолын сақтайды, сондықтан 68030-ға қарағанда едәуір жылдам. 68LC040-тың кейбір маскалық өңдеулерінде бағдарламалық FPU эмуляторы қолданылғанда чиптің дұрыс жұмыс істеуіне кедергі келтіретін қате бар. Motorola мәліметтеріне сәйкес, 2E71M немесе одан кейінгі маскасы бар чиптерде бұл қате жоқ. Бұл жаңа маска 1995 жылдың ортасында енгізілді және 68LC040 чипін MC статусына көштірді. Қателік бар өңдеулер көбінесе 68LC040 негізіндегі Apple Macintosh компьютерлерінде кездеседі. 2E23G маска жиынтығымен (LC 475 моделінде қолданылған) чиптердің ақаулы екені расталды. Ақаулық F желісінің ерекшелігі оянғанда күтілген жазулардың жоғалуымен байланысты. 68040 қазіргі заманғы x86 чиптері сияқты микрокодын жаңарта алмайды. Демек, қозғалатын нүктелік функцияларды қажет ететін бағдарламалық құралды пайдаланудың жалғыз жолы – бұзылған 68LC040-ты жаңа өңдеумен немесе толық 68040 чипімен ауыстыру.
The 68LC040 is a low cost version of the Motorola 68040 microprocessor with no FPU. This makes it less expensive and it draws less power. Although the CPU now fits into a feature chart more like the Motorola 68030, it continues to include the 68040's caches and pipeline and is thus significantly faster than the 68030. Some mask revisions of the 68LC040 contained a bug that prevents the chip from operating correctly when a software FPU emulator is used. According to Motorola's errata, any chip with a mask set 2E71M or later does not contain the bug. This new mask was introduced in mid 1995 and converted the 68LC040 chip to MC status. The buggy revisions are typically found in 68LC040 based Apple Macintosh computers. Chips with mask set 2E23G (as used in the LC 475) have been confirmed to be faulty. The fault relates to pending writes being lost when the F line exception is triggered. The 68040 cannot update its microcode in the manner of modern x86 chips. This means that the only way to use software that requires floating point functionality is to replace the buggy 68LC040 with a later revision, or a full 68040.