Prozessorfamilie
Die 68000-Reihe wird meistens in vier Generationen unterteilt. Zur ersten Generation gehört u. a. der 68010, der 1982 auf den Markt kam. Er ist pin-kompatibel mit dem 68000, aber nicht 100% software-kompatibel. Den Prozessor gab es in Geschwindigkeiten zwischen 8 MHz und 16.67 MHz. Er hatte rund 69.000 Transistoren. Atari Games verwendete den 68010 in einigen seiner Arcade-Boards wie dem Atari System 1. Einige Besitzer von Amiga- und Atari ST-Computern und Sega Genesis-Spielkonsolen ersetzten die 68000-CPU ihres Systems durch einen 68010, um einen kleinen Geschwindigkeitsschub zu erhalten.
Der Motorola 68020 kam 1984 heraus und gehört zur zweiten Generation. Es wurde auch eine kostengünstigere Version angeboten, die als 68EC020 bekannt ist. Im Einklang mit der für Motorola-Designs üblichen Namensgebung wird der 68020 gewöhnlich als „020“ bezeichnet, ausgesprochen „oh-two-oh“ oder „oh-twenty“.
Er verfügt über interne und externe 32-Bit-Daten- und Adressbusse, im Vergleich zu den frühen 680×0-Modellen mit 16-Bit-Daten- und 24-Bit-Adressbussen. Die ALU des 68020 ist ebenfalls von Haus aus 32-Bit und kann daher 32-Bit-Operationen in einem Taktzyklus durchführen, während der 68000 aufgrund seiner 16-Bit-ALU mindestens zwei Taktzyklen benötigte. Dank neuerer Gehäusemethoden konnte er mit mehr externen Pins ausgestattet werden, ohne dass er so groß war wie das frühere Dual-in-Line-Gehäuse. Der 68EC020 senkte die Kosten durch einen 24-Bit-Adressbus. Der 68020 wurde mit Geschwindigkeiten von 12 MHz bis 33 MHz hergestellt.
Er verfügt über zusätzliche Anweisungen und Adressierungsmodi. Der 68020 (und 68030) hat eine richtige dreistufige Pipeline. Der 68010 verfügte zwar über einen „Schleifenmodus“, der Schleifen durch einen winzigen Befehls-Cache beschleunigte, doch dieser enthielt nur zwei kurze Befehle und wurde daher kaum genutzt. Der 68020 ersetzte dies durch einen richtigen Befehls-Cache von 256 Byte und war damit der erste Prozessor der 68k-Serie, der einen echten On-Chip-Cache-Speicher besaß.
Die früheren 68000- und 68010-Prozessoren konnten nur auf Wort- (16-Bit) und Langwortdaten (32-Bit) im Speicher zugreifen, wenn diese wortorientiert waren (an einer geraden Adresse). Der 68020 hat keine Ausrichtungsbeschränkungen für den Datenzugriff. Natürlich sind nicht ausgerichtete Zugriffe langsamer, da sie einen zusätzlichen Speicherzugriff erfordern.
Der 68020 hat einen kleinen 256-Byte-Befehls-Cache mit direkter Zuordnung, der aus 64 Vier-Byte-Einträgen besteht. Obwohl er klein ist, hat er die Leistung vieler Anwendungen erheblich verbessert. Die daraus resultierende Verringerung des Busverkehrs war besonders wichtig für Systeme, die stark auf DMA angewiesen waren.
Der 68020 verfügt über eine Coprozessor-Schnittstelle, die bis zu acht Coprozessoren unterstützt. Die Haupt-CPU erkennt „F-Zeilen“-Befehle (bei denen die vier höchstwertigen Opcode-Bits alle eins sind) und verwendet spezielle Buszyklen zur Interaktion mit einem Coprozessor, um diese Befehle auszuführen. Zwei Arten von Koprozessoren wurden definiert: Gleitkommaeinheiten (MC68881 oder MC68882 FPUs) und die Paged Memory Management Unit (MC68851 PMMU). Es kann nur eine PMMU mit einer CPU verwendet werden. Im Prinzip könnten mehrere FPUs mit einer CPU verwendet werden, was jedoch nicht üblich ist. Die Coprozessor-Schnittstelle ist asynchron, so dass es möglich ist, die Coprozessoren mit einer anderen Taktrate als die CPU zu betreiben.
Der 68020 wurde in den Personalcomputern Apple Macintosh II und Macintosh LC, den Sun-3-Workstations, dem Amiga 1200 (68EC020-Variante), den Netzwerkanalysatoren der Serie 8711 von Hewlett-Packard, HP 9000/320, HP 9000/330 und dem AM-2000 von Alpha Microsystems verwendet. Der 68020 war ein alternatives Upgrade für den 68008 des Sinclair QL in der Super Gold Card Schnittstelle von Miracle Systems.
Der Amiga 2500 und A2500UX wurden optional mit dem A2620 Accelerator ausgeliefert, der einen 68020, 68881 FPU und 68851 MMU verwendet.
Es ist auch der Prozessor, der in TGV-Zügen verwendet wird, um Signalinformationen zu dekodieren, die über die Schienen an die Züge gesendet werden. Er wird in den Flugsteuerungs- und Radarsystemen des Kampfflugzeugs Eurofighter Typhoon verwendet. Auch in der Telefonzentrale DMS-100 von Nortel Networks wurde der 68020 als erster Mikroprozessor des SuperNode-Rechenkerns verwendet.
68030
Der 68030 wurde 1987 auf den Markt gebracht und zählt noch zur zweiten Generation. Er ist im Wesentlichen ein 68020 mit einer Speicherverwaltungseinheit (MMU) und Befehls- und Datencaches von jeweils 256 Byte. Er fügte einen Burst-Modus für die Caches hinzu, bei dem vier Langwörter in einem einzigen Vorgang in den Cache geladen werden können. Die MMU war größtenteils kompatibel mit dem externen 68851, der mit dem 68020 verwendet wurde, aber da sie intern war, konnte sie einen Zyklus schneller auf den Speicher zugreifen als eine 68020/68851-Kombination. Der 68030 verfügte nicht über eine eingebaute Gleitkommaeinheit (FPU) und wurde im Allgemeinen mit dem 68881 und dem schnelleren 68882 verwendet. Das Hinzufügen der FPU war eine wichtige Designnotiz des nachfolgenden 68040. Dem 68030 fehlen einige Befehle des 68020, aber er steigert die Leistung um rund 5 % und senkt gleichzeitig die Leistungsaufnahme um circa 25 %.
Der 68030 verfügt über 273.000 Transistoren. Es wurde auch eine kostengünstigere Version herausgebracht, der Motorola 68EC030, dem die On-Chip-MMU fehlte. Er war sowohl im 132-Pin-QFP- als auch im 128-Pin-PGA-Gehäuse erhältlich. Aufgrund der schlechteren thermischen Eigenschaften des QFP-Gehäuses war diese Variante auf 33 MHz beschränkt. Die PGA 68030er umfassten 40-MHz- und 50-MHz-Versionen. Es gab auch ein kleines Angebot an EC-Varianten im QFP-Gehäuse.
Der 68030 kann mit dem 68020-Bus verwendet werden. In diesem Fall ist seine Leistung ähnlich wie die des 68020. Der 68030 bietet jedoch eine zusätzliche synchrone Busschnittstelle, die, wenn sie verwendet wird, die Speicherzugriffe im Vergleich zu einem gleich getakteten 68020 um bis zu 33 % beschleunigt. Der feinere Fertigungsprozess ermöglichte es Motorola, die Vollversion des Prozessors auf 50 MHz zu skalieren. Die EC-Variante erreichte maximal 40 MHz.
Der 68030 wurde in vielen Modellen der Apple Macintosh II- und Commodore Amiga-Reihe von Personalcomputern, im NeXT Cube, in späteren Mehrbenutzersystemen von Alpha Microsystems und in einigen Nachfolgern der Atari ST-Reihe wie dem Atari TT und dem Atari Falcon verwendet. Er wurde auch in Unix-Workstations wie der Sun Microsystems Sun-3x-Reihe von Desktop-Workstations, Laserdruckern und der Nortel Networks DMS-100 Telefonzentrale eingesetzt. Die HP LaserJet 4 Netzwerkkarte von Hewlett-Packard verwenden ebenfalls einen 68030 als Hauptprozessor.
