Vytisknout

Motorola 68000

Motorola 68000 (často označovaný jen jako 68k) je výkonný mikroprocesor typu CISC s hybridní 16/32bitovou architekturou. Představila jej firma Motorola v roce 1979 a na trh se poprvé dostal kolem roku 1980. Tento čip odstartoval celou rodinu procesorů Motorola 680x0 a sehrál klíčovou roli v historii mikroprocesorů - stal se základem mnoha osobních počítačů 80. let. Díky pokročilým vlastnostem (na svou dobu) výrazně ovlivnil směr vývoje výpočetní techniky v 80. a 90. letech.

Motorola 68000Motorola 68000

Technická specifikace

Motorola 68000 má interní 32-bitovou architekturu, avšak externě používá 16-bitovou datovou sběrnici - i proto bývá označován jako 16/32bitový procesor. Procesor obsahuje 16 registrů (pracovních registrů) o šířce 32 bitů: osm z nich slouží jako datové registry (D0 - D7) a dalších osm jako adresové registry (A0 - A7, přičemž registr A7 je typicky používán jako zásobníkový ukazatel - stack pointer). Adresové registry spolu s 24-bitovou adresovou sběrnicí umožňují adresovat až 16 MB paměti v lineárním adresovém prostoru (procesor nevyužívá segmentaci paměti, což výrazně usnadňuje programování.

Instrukční sada tohoto procesoru je velmi bohatá a ortogonální - obsahuje kolem 70 instrukcí (56 základních a 14 pomocných) a nabízí mnoho různých adresovacích režimů. Jakožto CISC procesor disponuje instrukcemi pro aritmetiku (včetně násobení a dělení), logické operace, práci s bity, řídicí skoky atd., přičemž většina instrukcí může operovat s libovolnými registry nebo paměťovými operandy díky zmíněné ortogonalitě. Motorola 68000 také zavedl rozlišení uživatelského a privilegovaného režimu (User / Supervisor), což bylo na počátku 80. let pokročilé a umožňovalo provoz skutečných multitaskingových operačních systémů (včetně raných UNIXových systémů).

Mezi další technické parametry patří taktovací frekvence typicky v rozmezí 4 MHz až 16 MHz (časem i rychlejší varianty až do 20 MHz). Procesor neobsahoval žádnou vestavěnou jednotku MMU pro správu paměti ani koprocesor pro operace s pohyblivou čárkou - tyto prvky se objevily až u pozdějších modelů rodiny (např. 68030 s MMU). I bez nich však vynikala čistota návrhu architektury: 68000 měl relativně vysoký počet registrů (na CISC procesor) a dobře strukturovanou konstrukci instrukcí, což zjednodušovalo strojové programování i tvorbu kompilátorů. Čip byl vyráběn původně 5µm technologií s přibližně 68 000 tranzistory (což téměř odpovídá číselnému označení) a napájením 5V.

Použití v praxi

Procesor Motorola 68000 si získal obrovskou popularitu a byl nasazen v mnoha významných zařízeních 80. let i později. Níže je výběr klíčových systémů postavených na tomto procesoru:

  • Xerox Star (1981): První komerční počítač s grafickým uživatelským rozhraním - využíval procesor 68000 jako centrální jednotku.
  • Apple Lisa (1983): První osobní počítač firmy Apple s GUI, předchůdce Macintoshů, poháněný procesorem 68000 na 5 MHz.
  • Apple Macintosh 128K (1984): První Macintosh používal Motorola 68000 taktovaný na cca. 8 MHz, což mu umožnilo běh pokročilého grafického systému Mac OS.
  • Atari ST (1985): Řada 16-bitových domácích počítačů Atari, konkurence Amigy, vybavená procesorem 68000 (8 MHz, podobná konfigurace jako Amiga).
  • Commodore Amiga 1000/500/2000 (1985-87): Legendární multimediální počítače Amiga první generace obsahovaly 68000 na frekvenci 7.14 MHz, což spolu s pokročilými zákaznickými čipy umožnilo skutečný multitasking a bohatou grafiku i zvuk.
  • Sinclair QL (1984): Osobní mikropočítač Sinclair používal variantu 68000 (MC68008 s 8-bitovou sběrnicí) pro dosažení nižších nákladů; přinesl pokročilé funkce do sféry domácích počítačů.
  • Sharp X68000 (1987): Japonský osobní počítač pojmenovaný právě po procesoru 68000, zaměřený na hry a grafiku, demonstroval výkon tohoto procesoru v oblasti herních systémů.
  • Sega Mega Drive / Genesis (1988): 16-bitová herní konzole od Segy měla 68000 jako hlavní procesor (takt ~7.6 MHz) doplněný sekundárním čipem Zilog Z80 pro zvuk.
  • Sun-1 a další UNIXové stanice (1982+): První pracovní stanice Sun Microsystems (Sun-1) a některé systémy SGI IRIS používaly 68000 jako procesor pro běh UNIXu, než přešly na RISC architektury.
  • Další zařízení: Mikroprocesory řady 68000 se uplatnily také v mnoha embedded systémech - řídicích jednotkách, terminálech, profesionálních laserových tiskárnách (např. Apple LaserWriter s 68000) a dokonce v některých arkádových automatech či průmyslových řídicích systémech.

Význam a vliv

Motorola 68000 měla zásadní význam pro rozvoj výpočetní techniky. Šlo o jeden z prvních široce dostupných procesorů s 32bitovou instrukční sadou a velkým lineárním adresním prostorem bez segmentace - v mnoha ohledech předběhl svou dobu. Díky tomu mohl pohánět novou generaci výkonných osobních počítačů s grafickým rozhraním, což výrazně ovlivnilo směr, jakým se osobní výpočetní technika ubírala. Ve druhé polovině 80. let většina průlomových mikropočítačů (s výjimkou IBM PC) stála právě na architektuře m68k. Platformy jako Macintosh, Amiga či Atari ST definovaly uživatelský zážitek té doby a společným jmenovatelem jejich úspěchu byl procesor 68000.

Architektura Motorola 68000 se vyznačovala elegancí a čistotou, což ocenili nejen konstruktéři počítačů, ale i programátoři. Programování v assembleru pro 68k bylo relativně snadné a přehledné - zejména ve srovnání s konkurenční architekturou x86 od Intelu. Procesor měl také velkou sadu registrů a ortogonální instrukční sadu, takže umožňoval efektivní překladače vyšších programovacích jazyků. I díky tomu se 68000 stal oblíbeným v akademickém prostředí pro výuku počítačové architektury a assembleru.

Svým úspěchem a koncepcí ovlivnil Motorola 68000 i návrh pozdějších procesorů. Koncepce čisté architektury a zkušenosti z 68k se promítly například do vývoje procesorů Sun SPARC, architektury PowerPC (na jejímž vzniku se podílela Motorola) a dokonce nepřímo i do raných fází vývoje ARM. Rodina 680x0 navíc vždy dbala na dopřednou softwarovou kompatibilitu - kód pro 68000 bylo možné spustit i na novějších procesorech (68020, 68030 atd.) beze změny. Tato investice do ekosystému se vyplatila: architektura m68k přetrvala mnoho let. Procesory odvozené od 68000 (či jeho jádro) se vyráběly ještě dlouho poté - našly uplatnění v mikrořadičích, herních zařízeních a dalších embedded aplikacích.

Po téměř 45 letech od uvedení je architektura 68000 stále používána a v určitých segmentech průmyslu ji lze dodnes potkat. Svým dědictvím tak Motorola 68000 patří k nejvýznamnějším mikroprocesorům historie, který nastavil směr celému odvětví.

Motorola 68000 v keramickém pouzdře (předprodukční verze XC68000 z roku 1979). Tento 16/32bitový procesor si získal velkou oblibu díky kombinaci výkonu a elegantního návrhu architektury.Motorola 68000 v keramickém pouzdře (předprodukční verze XC68000 z roku 1979). Tento 16/32bitový procesor si získal velkou oblibu díky kombinaci výkonu a elegantního návrhu architektury.

Specifikace

VerzeDatová sběrniceAdresová sběrniceCacheMMUFPUMax RAMPoznámka
68000 16 bit 24 bit Ne Ne Ne 16 MB Původní model
68008 8 bit 20 bit Ne Ne Ne 1 MB Levná verze
68010 16 bit 24 bit Ne Externí Ne 16 MB Pro Unix
68012 16 bit 32 bit Ne Ne Ne 4 GB Raritní, rozšířený 68000