Основная информация | |
---|---|
Запущен | 1990 г. |
Разработано | Motorola |
Представление | |
Максимум. Тактовая частота процессора | От 25 МГц до 40 МГц |
Ширина данных | 32 бит |
Ширина адреса | 32 бит |
Кэш | |
Кэш L1 | 4096 байт для инструкций и данных с независимыми MMU и TLB |
Архитектура и классификация | |
Набор инструкций | Motorola серии 68000 |
Физические характеристики | |
Транзисторы | |
Пакет (ы) | |
Продукты, модели, варианты | |
Вариант (ы) | |
История | |
Предшественник | Motorola 68030 |
Преемник | Motorola 68060 |
Motorola 68040 ( « шестьдесят-восемь-о-сорок ») представляет собой 32-разрядный микропроцессор в серии Motorola 68000, выпущенный в 1990 году является преемником 68030 и сопровождается 68060. 68050 не было. В соответствии с общим названием Motorola, 68040 часто называют просто «040» (произносится как « ой-четыре-ой» или « ой-сорок»).
68040 был первым членом семейства 680x0 со встроенным блоком вычислений с плавающей запятой (FPU). Таким образом, он включал в себя все функции, которые ранее требовали внешних микросхем, а именно FPU и блок управления памятью (MMU), которые были добавлены в 68030. Он также имел разделенные кеши инструкций и данных по 4 килобайта каждый. Он был полностью трубопроводным, с шестью ступенями.
Версии 68040 были созданы для определенных сегментов рынка, включая 68LC040, в котором был удален FPU, и 68EC040, в котором были удалены как FPU, так и MMU. Motorola предназначала вариант EC для встроенного использования, но встраиваемые процессоры во времена 68040 не нуждались в мощности 68040, поэтому варианты EC 68020 и 68030 по-прежнему были распространены в проектах.
Motorola выпустила несколько скоростных категорий. Части 16 МГц и 20 МГц никогда не проходили аттестацию (обозначение XC) и использовались в качестве прототипов. 25 МГц и 33 МГц сортов признаков по всей линии, но примерно до 2000 класса в 40 МГц был только для «полных» 68040. Плановой 50 класса МГц был отменен после того, как он превысил тепловой дизайн конверт.
В компьютерах Apple Macintosh 68040 был представлен в Macintosh Quadra, названном в честь этого чипа. Самый быстрый процессор 68040 работал на частоте 40 МГц и использовался только в Quadra 840AV. В более дорогих моделях (недолговечной) линейки Macintosh Centris также использовался 68040, в то время как в более дешевых Quadra, Centris и Macintosh Performa использовался 68LC040. 68040 также использовался в других персональных компьютерах, таких как Amiga 4000 и Amiga 4000T, а также на ряде рабочих станций, серверах Alpha Microsystems, сериях HP 9000/400 и более поздних версиях компьютеров NeXT.
На ранних этапах проектирования 68040 столкнулся с ограничением бюджета транзисторов. В то время как MMU не требовал большого количества транзисторов - действительно, имея его на том же кристалле, что и ЦП, фактически экономил на транзисторах, - FPU определенно использовал. Внешний FPU Motorola 68882 был известен как очень высокопроизводительный блок, и Motorola не хотела рисковать интеграторами, использующими версию LC с 68882 вместо более прибыльного полного блока RC. (Для получения информации о модели многопроцессорной обработки Motorola с серией 680x0 см. Motorola 68020. ) Таким образом, FPU в 68040 стал неспособным к трансцендентным функциям IEEE, которые поддерживались как 68881, так и 68882 и использовались популярным программным обеспечением для генерации фракталов. времени и немного больше. Пакет поддержки операций с плавающей запятой Motorola (FPSP) эмулировал эти инструкции в программном обеспечении при прерывании. Поскольку это был обработчик исключений, интенсивное использование трансцендентных функций приводило к серьезным потерям производительности.
Тепло всегда было проблемой на протяжении всей жизни 68040. Хотя он обеспечивает более чем в четыре раза более высокую производительность на такт, чем 68020 и 68030, сложность чипа и требования к мощности обусловлены большим кристаллом и большими кэшами. Это повлияло на масштабирование процессора, и он никогда не мог работать с тактовой частотой выше 40 МГц. Вариант 50 МГц планировался, но был отменен. Энтузиасты разгона сообщили об успехе, достигнутом в достижении 50 МГц с использованием генератора 100 МГц вместо компонента 80 МГц и новой на тот момент техники добавления радиаторов с вентиляторами увеличенного размера.
68040 предлагал те же функции, что и Intel 80486, но по тактовой частоте мог значительно превосходить чип Intel по целочисленным инструкциям и командам с плавающей запятой.
68EC040 является версия Motorola 68040 микропроцессор, предназначенный для встраиваемых контроллеров (EC). Он отличается от 68040 тем, что не имеет ни FPU, ни MMU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. 68EC040 использовался в Cisco Switch Supervisor Engine I, который является сердцем моделей 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 и 7600.
68LC040 является низкая стоимость версии Motorola 68040 микропроцессор, без FPU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. Хотя теперь ЦП больше похож на Motorola 68030, он по-прежнему включает кеши и конвейер 68040 и, таким образом, значительно быстрее, чем 68030.
Некоторые версии масок 68LC040 содержали ошибку, которая препятствовала правильной работе микросхемы при использовании программного эмулятора FPU. Согласно ошибкам Motorola, любой чип с набором масок 2E71M или более поздней версии не содержит ошибки. Эта новая маска была представлена в середине 1995 года и преобразовала микросхему 68LC040 в статус MC.
Исправления с ошибками обычно встречаются в компьютерах Apple Macintosh на базе 68LC040. Было подтверждено, что микросхемы с набором масок 2E23G (используемые в LC 475) неисправны. Ошибка связана с потерей незавершенных операций записи при запуске исключения F-линии. 68040 не может обновлять свой микрокод, как современные чипы x86. Это означает, что единственный способ использовать программное обеспечение, требующее функций с плавающей запятой, - это заменить ошибочный 68LC040 более поздней версией или полным 68040.
Вариант | MMU | FPU |
---|---|---|
68040 | да | да |
68 LC 040 | да | Нет |
68 EC 040 | Нет | Нет |
Тактовая частота процессора | 25, 33, 40 МГц |
Производственный процесс | статическая CMOS 0,8 мкм, 0,65 мкм, Freescale 0,57 мкм |
Чип-носитель | 179 керамических PGA и 184 QFP |
Адресная шина | 32 бит |
Шина данных | 32 бит |
Набор инструкций | CISC |
Транзисторы | ~ 1,200,000 |
ATC = Кэш преобразования адресов