Motorola 68040 - Motorola 68040

Un microprocesador Motorola 68040

Motorola 68040 die shot con FPU a la izquierda

El Motorola 68040 (" sesenta y ocho-oh-cuarenta ") es un microprocesador de 32 bits de la serie Motorola 68000 , lanzado en 1990. Es el sucesor del 68030 y es seguido por el 68060 . No había 68050. De acuerdo con la denominación general de Motorola, el 68040 a menudo se denomina simplemente el '040 (pronunciado oh-four-oh u oh-cuarenta ).

El 68040 fue el primer miembro de la familia 680x0 con una unidad de punto flotante (FPU) en el chip . Por lo tanto, incluía toda la funcionalidad que anteriormente requería chips externos, a saber, la FPU y la Unidad de administración de memoria (MMU), que se agregó en el 68030. También tenía cachés de instrucciones y datos divididos de 4 kilobytes cada uno. Fue completamente canalizado , con seis etapas.

Se crearon versiones del 68040 para segmentos de mercado específicos, incluido el 68LC040 , que eliminó la FPU, y el 68EC040 , que eliminó tanto la FPU como la MMU. Motorola había diseñado la variante EC para uso integrado, pero los procesadores integrados durante la época del 68040 no necesitaban la potencia del 68040, por lo que las variantes EC del 68020 y 68030 continuaron siendo comunes en los diseños.

Motorola produjo varios grados de velocidad. Las partes de 16 MHz y 20 MHz nunca se calificaron (designación XC) y se usaron como muestras de prototipos. Los grados de 25 MHz y 33 MHz aparecieron en toda la línea, pero hasta alrededor del 2000 el grado de 40 MHz era solo para el 68040 "completo". Un grado planificado de 50 MHz se canceló después de que excedió la envolvente del diseño térmico .

Uso

En las computadoras Apple Macintosh , el 68040 se introdujo en el Macintosh Quadra , que recibió su nombre del chip. El procesador 68040 más rápido tenía una frecuencia de 40 MHz y se usó solo en el Quadra 840AV. Los modelos más caros de la línea Macintosh Centris (de corta duración) también utilizaron el 68040, mientras que los más baratos Quadra, Centris y Macintosh Performa utilizaron el 68LC040 . El 68040 también se utilizó en otras computadoras personales , como Amiga 4000 y Amiga 4000T , así como en varias estaciones de trabajo , servidores Alpha Microsystems , la serie HP 9000/400 y versiones posteriores de la computadora NeXT .

Diseño

El 68040 alcanzó el límite de presupuesto de transistores al principio del diseño. Si bien la MMU no tomó muchos transistores, de hecho, al tenerla en el mismo dado que la CPU en realidad guardada en transistores, la FPU ciertamente sí lo hizo. El FPU externo 68882 de Motorola era conocido como una unidad de muy alto rendimiento y Motorola no quería arriesgarse a que los integradores usaran la versión "LC" con un 68882 en lugar de la unidad "RC" completa más rentable. (Para obtener información sobre el modelo de multiprocesamiento de Motorola con la serie 680x0, consulte Motorola 68020. ) La FPU en el 68040 se volvió incapaz de las funciones trascendentales IEEE , que habían sido soportadas tanto por el 68881 como por el 68882 y fueron utilizadas por el popular software de generación de fractales. del tiempo y poco más. El paquete de soporte de punto flotante de Motorola (FPSP) emuló estas instrucciones en el software bajo interrupción. Como se trataba de un manejador de excepciones, el uso intensivo de las funciones trascendentales provocó graves penalizaciones en el desempeño.

El calor siempre fue un problema durante la vida del 68040. Si bien entregó más de cuatro veces el rendimiento por reloj del 68020 y 68030, la complejidad del chip y los requisitos de potencia provienen de un gran troquel y grandes cachés. Esto afectó la escala del procesador y nunca pudo funcionar con una frecuencia de reloj superior a 40 MHz. Se planeó una variante de 50 MHz, pero cancelada. Los entusiastas del overclocking informaron que el éxito alcanzó los 50 MHz utilizando un oscilador de 100 MHz en lugar de una parte de 80 MHz y la entonces novedosa técnica de agregar disipadores de calor de gran tamaño con ventiladores.

El 68040 ofrecía las mismas características que el Intel 80486 , pero en una base de reloj por reloj podría superar significativamente al chip Intel en instrucciones enteras y de punto flotante.

Variantes

68EC040

El 68EC040 es una versión del microprocesador Motorola 68040, diseñado para controladores integrados (EC). Se diferencia del 68040 en que no tiene ni FPU ni MMU. Esto lo hace menos costoso y consume menos energía. El 68EC040 se usó en Cisco Switch Supervisor Engine I que es el corazón de los modelos 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 y 7600.

68LC040

Muere de un Motorola 68LC040

El 68LC040 es una versión de bajo costo del microprocesador Motorola 68040 sin FPU. Esto lo hace menos costoso y consume menos energía. Aunque la CPU ahora encaja en un cuadro de características más parecido al Motorola 68030, continúa incluyendo los cachés y la canalización del 68040 y , por lo tanto, es significativamente más rápido que el 68030.

Algunas revisiones de máscaras del 68LC040 contenían un error que evitaba que el chip funcionara correctamente cuando se usaba un emulador de software FPU . Según la errata de Motorola, cualquier chip con un conjunto de máscara 2E71M o posterior no contiene el error. Esta nueva máscara se introdujo a mediados de 1995 y convirtió el chip 68LC040 en estado MC.

Las revisiones con errores se encuentran típicamente en computadoras Apple Macintosh basadas en 68LC040 . Se ha confirmado que los chips con el juego de mascarillas 2E23G (como se usa en el LC 475) están defectuosos. El error se relaciona con la pérdida de escrituras pendientes cuando se activa la excepción de la línea F. El 68040 no puede actualizar su microcódigo como lo hacen los chips x86 modernos. Esto significa que la única forma de utilizar el software que requiere la funcionalidad de punto flotante es reemplazar el buggy 68LC040 con una revisión posterior, o un 68040 completo.

Tabla de funciones

Datos técnicos

ATC = caché de traducción de direcciones

Referencias

Otras lecturas

• Savard, John JG (2018) [2007]. "El estándar de coma flotante decimal" . quadibloc . Otros formatos recientes de coma flotante decimal. Archivado desde el original el 3 de julio de 2018 . Consultado el 16 de julio de 2018 .

enlaces externos

• Página de resumen del producto MC68040
• Microprocesador de bajo consumo de 32 bits de tercera generación MC68040V (PDF)
• Manual del usuario de microprocesadores M68040 (PDF)