Motorola 68040 - Motorola 68040

Mikroprocesor Motorola 68040

Motorola 68040 die shot s FPU na levé straně

Motorola 68040 ( „ šedesát osm nula čtyřicet “) je 32-bitový mikroprocesor v sérii Motorola 68000 , vydané v roce 1990. Je nástupcem 68030 a následuje 68060 . Nebylo 68050. V souladu s obecným pojmenováním Motorola je 68040 často označován jako jednoduše '040 (vyslovuje se oh-čtyři-oh nebo oh-čtyřicet ).

Model 68040 byl prvním členem rodiny 680x0 s jednotkou s plovoucí desetinnou čárkou (FPU) na čipu . Zahrnula tedy všechny funkce, které dříve vyžadovaly externí čipy, jmenovitě FPU a Memory Management Unit (MMU), které byly přidány do modelu 68030. Také měla rozdělené instrukční a datové mezipaměti po 4 kilobajtech . Byl plně zrekonstruován a měl šest stupňů.

Verze 68040 byly vytvořeny pro konkrétní segmenty trhu, včetně 68LC040 , která odstranila FPU, a 68EC040 , která odstranila jak FPU, tak MMU. Motorola zamýšlela variantu EC pro vestavěné použití, ale vestavěné procesory během doby 68040 nepotřebovaly sílu 68040, takže varianty EC 68020 a 68030 byly v návrzích běžné.

Společnost Motorola vyrobila několik rychlostních stupňů. Části 16 MHz a 20 MHz nebyly nikdy kvalifikovány (označení XC) a použity jako prototypové vzorky. Na celé trati se vyskytovaly stupně 25 MHz a 33 MHz, ale přibližně do roku 2000 byl stupeň 40 MHz pouze pro „plnou“ 68040. Plánovaný stupeň 50 MHz byl zrušen poté, co překročil tepelnou konstrukční obálku .

Používání

V počítačích Apple Macintosh byl model 68040 představen v systému Macintosh Quadra , který byl pojmenován pro tento čip. Nejrychlejší procesor 68040 byl taktován na 40 MHz a byl používán pouze v Quadra 840AV. Dražší modely řady (s krátkou životností) Macintosh Centris také používaly 68040, zatímco levnější Quadra, Centris a Macintosh Performa používaly 68LC040 . Model 68040 byl také používán v jiných osobních počítačích , jako je Amiga 4000 a Amiga 4000T , stejně jako řada pracovních stanic , serverů Alpha Microsystems , řady HP 9000/400 a novějších verzí počítače NeXT .

Design

68040 narazil na rozpočtový limit tranzistoru v rané fázi návrhu. Zatímco MMU nepřijala mnoho tranzistorů - ve skutečnosti to bylo na stejné matrici, jakou CPU ve skutečnosti uložila na tranzistorech - FPU určitě ano. Externí FPU Motorola 68882 byl známý jako velmi vysoce výkonná jednotka a společnost Motorola nechtěla riskovat integrátory používající verzi „LC“ s 68882 místo výhodnější plné jednotky „RC“. (Informace o multiprocesorovém modelu společnosti Motorola s řadou 680x0 viz Motorola 68020. ) FPU v 68040 se tak stala neschopnou transcendentálních funkcí IEEE , které byly podporovány jak 68881, tak 68882 a byly používány populárním softwarem pro generování fraktálů času a málo jiného. Balíček podpory s plovoucí desetinnou čárkou Motorola (FPSP) emuloval tyto pokyny v softwaru při přerušení. Jelikož se jednalo o obsluhu výjimky, těžké používání transcendentálních funkcí způsobilo přísné výkonnostní tresty.

Teplo bylo po celou dobu životnosti 68040 vždy problém. I když poskytoval více než čtyřnásobek výkonu na hodiny u 68020 a 68030, složitost a požadavky na výkon čipu pocházely z velké matrice a velkých mezipamětí. To ovlivnilo změnu měřítka procesoru a nikdy nebyl schopen běžet s taktovací frekvencí přesahující 40 MHz. Varianta 50 MHz byla plánována, ale zrušena. Milovníci přetaktování hlásili úspěch při dosažení 50 MHz pomocí oscilátoru 100 MHz místo 80 MHz a tehdy nové techniky přidávání nadměrných chladičů pomocí ventilátorů.

Model 68040 nabídl stejné funkce jako Intel 80486 , ale na základě hodinových hodin mohl výrazně překonat čip Intel v pokynech na celé číslo a s plovoucí desetinnou čárkou.

Varianty

68EC040

68EC040 je verze Motorola 68040 mikroprocesoru, určené pro embedded řadiče (ES). Od 68040 se liší tím, že nemá ani FPU, ani MMU. Díky tomu je levnější a méně energie. 68EC040 byl použit v Cisco switch Supervisor Engine I, který je srdcem modelů 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 a 7600.

68LC040

Die of a Motorola 68LC040

68LC040 je cena nízká verze Motorola 68040 mikroprocesoru bez FPU. Díky tomu je levnější a méně energie. Ačkoli CPU nyní zapadá do grafu funkcí, který se podobá spíše Motorola 68030, stále obsahuje mezipaměti a potrubí 68040, a je tedy výrazně rychlejší než 68030.

Některé revize masek 68LC040 obsahovaly chybu, která znemožňuje správné fungování čipu, když se používá softwarový emulátor FPU . Podle chyby společnosti Motorola žádný čip se sadou masek 2E71M nebo novější chybu neobsahuje. Tato nová maska ​​byla představena v polovině roku 1995 a převedla čip 68LC040 do stavu MC.

Opravy buggy se obvykle nacházejí v počítačích Apple Macintosh založených na 68LC040 . Čipy se sadou masek 2E23G (používané v modelu LC 475) byly potvrzeny jako vadné. Chyba souvisí se ztrátou čekajících zápisů při spuštění výjimky F-linky. 68040 nemůže aktualizovat svůj mikrokód způsobem moderních čipů x86. To znamená, že jediný způsob, jak používat software, který vyžaduje funkčnost s plovoucí desetinnou čárkou, je nahradit buggy 68LC040 pozdější revizí nebo plnou 68040.

Tabulka funkcí

Technická data

ATC = mezipaměť překladu adres

Reference

Další čtení

• Savard, John JG (2018) [2007]. "Standard s desetinnou plovoucí desetinnou čárkou" . quadibloc . Další nedávné formáty s desetinnou čárkou. Archivovány od originálu dne 3. července 2018 . Citováno 16. července 2018 .

externí odkazy

• Stránka souhrnu produktu MC68040
• 32bitový mikroprocesor MC68040V třetí generace s nízkým výkonem (PDF)
• Mikroprocesory M68040 Uživatelská příručka (PDF)