Motorola 680x0

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.

"68000" или "68k"
Предсерийная микросхема XC68000, произведённая в 1979 г.
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

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

Atari

• Atari ST (68000)
• Atari Falcon (68030)

Sharp

• Sharp X68000

Sinclair Research

• Sinclair QL

SUN

• Sun-1
• Sun-2
• Sun-3
• Sun-3x

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)

Atari

• Jaguar (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