Motorola 680x0

"68000" или "68k"
"68000" или "68k"
Разработчик	Motorola
Разрядность	32-бит
Представлена	1979
Архитектура	CISC
Порядок байтов	Big-endian
Регистры
Общего назначения	8 × 32-бит + 7 адресных регистров
	Медиафайлы на Викискладе

MC680x0/680x0/0x0/m68k/68k/68K — семейство CISC-микропроцессоров компании Motorola, основной конкурент процессоров семейства Intel x86 в персональных компьютерах 1980-х и первой половине 90-х. Перестав использоваться как основа персональных компьютеров в начале 2000-х, семейство продолжает использоваться в секторе встраиваемых решений (хотя это семейство морально устарело и для этого сектора, ибо многими фирмами производятся более доступные и производительные процессоры/контроллеры: ARM (в частности, STM32), AVR32, PIC32 (он же MIPS) и прочие на основе RISC-архитектур). Характерно то, что наиболее современная серия микроконтроллеров DragonBall MX (позже переименованная в i.MX, а также известная как MC9328MX) предназначена для тех же применений, что и ранние серии DragonBall, но основана на процессорном ядре ARM9 или ARM11 вместо Motorola 68000.

Предсерийная микросхема XC68000, произведённая в 1979 г.

Область применения

Линейка процессоров m68k использовалась на различных системах, от калькуляторов Texas Instruments (TI-89 Titanium, TI-92, Voyage 200), военных терминалов связи ВМФ США AN/USQ-83,^[1] до критичных систем управления Спейс Шаттла.^[2]

На базе процессоров m68k было построено множество платформ персональных компьютеров, самыми известными из которых являются: Apple Macintosh, Commodore Amiga и Atari ST. Надо отметить, что популярный КПК Palm также изначально использовал процессоры Motorola.

На 2020 год на базе старших моделей этой популярной^[3]^[4] процессорной линейки (чаще всего используются Freescale ColdFire v5x и DragonBall) проектируются в основном embedded-решения. Архитектура m68k поддерживается операционными системами Debian Linux^[5], NetBSD (архитектуры amiga, atari, cesfic, hp300, luna68k, mac68k, mvme68k, news68k, next68k, sun3, x68k)^[6] и OpenBSD (архитектуры amiga^[7] и mac68k^[8]), также, энтузиастами иногда создаются и обновляются дистрибутивы Linux^[9]. Проприетарные ОС AmigaOS 4 и MorphOS поддерживают архитектуру m68k на уровне JIT-эмуляции. Также обновляется классическая AmigaOS для m68k: 1 октября 2018 компания Hyperion Entertainment выпустила^[10] AmigaOS 3.1.4, а 30 июня 2019 года выпустила^[11]^[12] обновлённую AmigaOS 3.1.4.1, которая на 2020 год продаётся через дилерскую сеть^[13]. В 2020 году началась разработка AmigaOS 3.2 для архитектуры классической Amiga m68k^[14].

Архитектура

Язык ассемблера M68k схож с ассемблером PDP-11 и VAX. Несмотря на исключение в виде разделения регистров общего назначения на специализированные регистры адресов и регистры данных, архитектура 68000 во многом — 32-битная версия PDP-11. Несмотря на то, что система команд с самого начала описывает 32-битную машину, первое поколение процессоров (до 68020) имело 16-битное АЛУ, из-за чего иногда процессор описывается как имеющий смешанную битность 16/32. При этом 32-битные команды с данными выполнялись в несколько действий с 16-битным АЛУ, но блок адресации сразу был 32-битным, поэтому индексация памяти и вычисления адресов не страдали по быстродействию с самого начала. Когда в 68020 АЛУ сделали 32-битным, то ничего не надо было делать с уже существующим кодом, чтобы он начал работать «на полной скорости 32 бит».

Набор инструкций значительно более «ортогонален», чем у многих процессоров, появившихся ранее (как i8080). На практике это означает, что возможно свободно комбинировать операции и операнды, со всем богатством режимов адресации, не задумываясь об ограничениях совместимости конкретной операции и набора операндов. Эта особенность существенно облегчает программирование на ассемблере 68k, в определённой степени приближая его к языкам высокого уровня, а также существенно облегчает создание кода компиляторами.

Инструкции 68k можно разделить на несколько крупных групп:

Операции с памятью (Load&store — Move.B, Move.W, Move.L);
Арифметика (Add, Sub, Mul, Div);
Побитное смещение (влево и вправо, логическое и арифметическое);
Циклические битовые сдвиги (ROR, ROL, ROXL, ROXR);
Логические операции (And, Or, Not, EOr);
Конверсия типов (байт в слово и наоборот);
Условное и безусловное ветвление (Bra, BCS, BEq, BNE, BHI, BLO, BMI, BPL, etc.);
Вызов подпрограмм и возврат из них (BSR, RTS);
Управление стеком (push, pop);
Вызов и обработка прерываний;
Обработка ошибок и исключений.

Процессоры семейства Motorola 68k

Первое поколение

- Motorola 68000 — 32-разрядная архитектура, но 16-разрядное АЛУ; 68000 транзисторов; 16-битная шина данных/24-битная шина адресов; частота 8-16 МГц; 64 или 68 контактов.
  - DIP версии
    - Motorola 68000L
    - Motorola 68000L8
    - Motorola 68HC000P8
    - Motorola 68000P8
    - Motorola 68000P12
    - Motorola 68000P12F
    - Motorola 68HC000P12F
  - PGA версии
    - Motorola 68HC000RC10
    - Motorola 68000R12
  - PLCC версии
    - Motorola 68000FN8
    - Motorola 68HC000FN8
    - Motorola 68000FN10
    - Motorola 68HC000FN12
    - Motorola 68HC000FN12F
    - Motorola 68EC000FN16
    - Motorola 68HC000FN16
- Motorola 68008 — 32-разрядная архитектура, но 16-разрядное АЛУ; 70000 транзисторов; 8-битная шина данных/20-битная шина адресов; частота 8-10 МГц; 48 контактов.
- Motorola 68010 — 32-разрядная архитектура, но 16-разрядное АЛУ; усовершенствование MC68000; 84000 транзисторов; 16-битная шина данных/24-битная шина адресов; частота 8-12 МГц; 64 или 68 контактов.
- Motorola 68012
Второе поколение (полностью 32-разрядное ядро)

Motorola 68020

- Motorola 68020
- Motorola 68EC020
- Motorola 68030
- Motorola 68EC030
Третье поколение (конвейерные)

Motorola 68040

- Motorola 68040
- Motorola 68EC040
- Motorola 68LC040
Четвёртое поколение (суперскалярные)

Motorola MC68EC060

- Motorola 68060
- Motorola 68EC060
- Motorola 68LC060
Семейства — потомки m68k
- Motorola CPU32 (также известны как Motorola 68330)
- Motorola 68360 (также известны как QUICC)
- ColdFire
- Motorola DragonBall

Компьютеры, основанные на этих процессорах

Amiga

Компьютеры на базе чипсета OCS
Компьютеры на базе чипсета ECS
Компьютеры на базе чипсета AGA
Открытое аппаратное обеспечение Minimig и др. подобные проекты

Apple

Lisa/Lisa 2/Mac XL
Компьютеры серии Macintosh / Macintosh SE / Macintosh II
Компьютеры серии Perfoma
Компьютеры серии PowerBook
Компьютеры серии Apple Workgroup Server

SUN

Советские компьютеры

Беста (68020)

Игровые системы (телевизионные приставки и автоматы), основанные на этих процессорах

Sega

Genesis/Genesis II/Mega Drive/Mega Drive II (68000)
Mega-CD (68000)
Nomad (68000)

SNK

Neo Geo AES (68000)
Neo Geo MVS (68000)

Capcom

CPS (Capcom play system) (68000)
CPSC (Capcom power system changer) (68000)

Funtech/Dunhuang Technology

Super A'Can (68000)

Эмуляторы

Существуют программные эмуляторы как процессоров семейства MC68k, так и конкретных систем, построенных на их основе:

EASy68K
ide68k

Примечания

↑ Jane’s Military Communications. (англ.) / Edited by R. J. Raggett. — 8th ed. — L.: Jane’s Information Group, 1987. — P.477 — 894 p. — ISBN 0-7106-0839-X.
↑ Computers in Spaceflight: The NASA Experience (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 2 декабря 2021 года.
↑ Silvaco’s IP offers popular 32/6/8-bit embedded processors (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 26 декабря 2020 года.
↑ The MCF5235 ColdFire® V2 integrated microprocessor combines the popular ColdFire V2 core (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 23 января 2021 года.
↑ Debian на платформе Motorola 680x0 (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 28 апреля 2019 года.
↑ NetBSD CPU architectures (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 27 февраля 2021 года.
↑ OpenBSD amiga (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 22 декабря 2020 года.
↑ OpenBSD mac68k (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 22 декабря 2020 года.
↑ Linux on Amiga (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 25 апреля 2021 года.
↑ AmigaOS 3.1.4 The official update you've been waiting for. (неопр.) Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 10 декабря 2020 года.
↑ Update to AmigaOS 3.1.4 released (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 7 ноября 2020 года.
↑ AmigaOS 3.1.4 классическая 68k (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 9 июня 2019 года.
↑ Hyperion Dealers List (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 30 октября 2020 года.
↑ AmigaOS 3.2 для 68k не за горами (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 24 января 2020 года.

[1] Jane’s Military Communications. (англ.) / Edited by R. J. Raggett. — 8th ed. — L.: Jane’s Information Group, 1987. — P.477 — 894 p. — ISBN 0-7106-0839-X.

[2] Computers in Spaceflight: The NASA Experience (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 2 декабря 2021 года.

[3] Silvaco’s IP offers popular 32/6/8-bit embedded processors (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 26 декабря 2020 года.

[4] The MCF5235 ColdFire® V2 integrated microprocessor combines the popular ColdFire V2 core (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 23 января 2021 года.

[5] Debian на платформе Motorola 680x0 (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 28 апреля 2019 года.

[6] NetBSD CPU architectures (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 27 февраля 2021 года.

[7] OpenBSD amiga (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 22 декабря 2020 года.

[8] OpenBSD mac68k (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 22 декабря 2020 года.

[9] Linux on Amiga (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 25 апреля 2021 года.

[10] AmigaOS 3.1.4 The official update you've been waiting for. (неопр.) Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 10 декабря 2020 года.

[11] Update to AmigaOS 3.1.4 released (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 7 ноября 2020 года.

[12] AmigaOS 3.1.4 классическая 68k (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 9 июня 2019 года.

[13] Hyperion Dealers List (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 30 октября 2020 года.

[14] AmigaOS 3.2 для 68k не за горами (неопр.). Дата обращения: 3 декабря 2020. Архивировано 24 января 2020 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]