Motorola 68040 - Motorola 68040

Motorola 68040
Informação geral
Lançado 1990
Projetado por Motorola
Desempenho
Máx. Taxa de clock da CPU 25 MHz a 40 MHz
Largura de dados 32 bits
Largura do endereço 32 bits
Cache
Cache L1 4096 bytes para cada instrução e dados com MMU e TLB independentes
Arquitetura e classificação
Conjunto de instruções Motorola 68000 series
Especificações físicas
Transistores
Pacote (s)
Produtos, modelos, variantes
Variante (s)
História
Antecessor Motorola 68030
Sucessor Motorola 68060
Um microprocessador Motorola 68040
Motorola 68040 die shot com FPU à esquerda

O Motorola 68040 (" sessenta e oito-oh-quarenta ") é um microprocessador de 32 bits da série Motorola 68000 , lançado em 1990. É o sucessor do 68030 e é seguido pelo 68060 . Não havia 68050. De acordo com a nomenclatura geral da Motorola, o 68040 é frequentemente referido simplesmente como '040 (pronuncia -se oh-quatro-oh ou oh-quarenta ).

O 68040 foi o primeiro membro da família 680x0 com uma Unidade de Ponto Flutuante (FPU) no chip . Assim, incluiu todas as funcionalidades que anteriormente exigiam chips externos, nomeadamente a FPU e a Unidade de Gestão de Memória (MMU), que foram adicionadas no 68030. Também tinha instruções divididas e caches de dados de 4 kilobytes cada. Foi totalmente pipeline , com seis etapas.

As versões do 68040 foram criadas para segmentos de mercado específicos, incluindo o 68LC040 , que removeu a FPU, e o 68EC040 , que removeu tanto a FPU quanto a MMU. A Motorola tinha planejado a variante EC para uso integrado, mas os processadores integrados durante a época do 68040 não precisavam da potência do 68040, então as variantes EC do 68020 e 68030 continuaram a ser comuns em projetos.

A Motorola produziu vários graus de velocidade. As peças de 16 MHz e 20 MHz nunca foram qualificadas (designação XC) e usadas como amostras de prototipagem. Os graus de 25 MHz e 33 MHz eram apresentados em toda a linha, mas até por volta de 2000 o grau de 40 MHz era apenas para os 68040 "completos". Um grau planejado de 50 MHz foi cancelado após ter excedido o envelope de design térmico .

Uso

Nos computadores Apple Macintosh , o 68040 foi introduzido no Macintosh Quadra , que recebeu esse nome em homenagem ao chip. O processador 68040 mais rápido tinha uma freqüência de 40 MHz e foi usado apenas no Quadra 840AV. Os modelos mais caros da linha Macintosh Centris (de vida curta) também usaram o 68040, enquanto os mais baratos Quadra, Centris e Macintosh Performa usaram o 68LC040 . O 68040 também foi usado em outros computadores pessoais , como o Amiga 4000 e Amiga 4000T , bem como uma série de estações de trabalho , servidores Alpha Microsystems , a série HP 9000/400 e versões posteriores do computador NeXT .

Projeto

O 68040 atingiu o limite de orçamento do transistor no início do projeto. Embora o MMU não tenha usado muitos transistores - na verdade, tendo-o no mesmo chip que a CPU realmente economizou em transistores - o FPU certamente o fez. O FPU externo 68882 da Motorola era conhecido como uma unidade de desempenho muito alto e a Motorola não queria arriscar os integradores usando a versão "LC" com um 68882 em vez da unidade completa "RC" mais lucrativa. (Para obter informações sobre o modelo de multiprocessamento da Motorola com a série 680x0, consulte Motorola 68020. ) A FPU no 68040 foi, portanto, incapaz de funções transcendentais IEEE , que eram suportadas pelos 68881 e 68882 e eram usadas pelo popular software de geração de fractal do tempo e pouco mais. O pacote de suporte de ponto flutuante da Motorola (FPSP) emulou essas instruções no software sob interrupção. Como este era um manipulador de exceções, o uso pesado das funções transcendentais causava graves penalidades de desempenho.

O calor sempre foi um problema ao longo da vida do 68040. Embora fornecesse mais de quatro vezes o desempenho por clock do 68020 e 68030, a complexidade do chip e os requisitos de energia vinham de uma grande matriz e grandes caches. Isso afetou o dimensionamento do processador e ele nunca foi capaz de funcionar com uma taxa de clock superior a 40 MHz. Uma variante de 50 MHz foi planejada, mas cancelada. Entusiastas de overclocking relataram sucesso alcançando 50 MHz usando um oscilador de 100 MHz em vez de uma parte de 80 MHz e a então nova técnica de adicionar dissipadores de calor superdimensionados com ventiladores.

O 68040 ofereceu os mesmos recursos que o Intel 80486 , mas em uma base clock-for-clock poderia superar significativamente o chip Intel em instruções de ponto flutuante e inteiro.

Variantes

68EC040

O 68EC040 é uma versão do microprocessador Motorola 68040, destinado a controladores incorporados (EC). Ele difere do 68040 porque não possui FPU nem MMU. Isso o torna mais barato e consome menos energia. O 68EC040 foi usado no switch Cisco Supervisor Engine I que é o coração dos modelos 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 e 7600.

68LC040

Die of a Motorola 68LC040

O 68LC040 é uma versão de baixo custo do microprocessador Motorola 68040 sem FPU. Isso o torna mais barato e consome menos energia. Embora a CPU agora se encaixe em um gráfico de recursos mais parecido com o Motorola 68030, ele continua a incluir os caches e o pipeline do 68040 e, portanto, é significativamente mais rápido do que o 68030.

Algumas revisões de máscara do 68LC040 continham um bug que impede o chip de operar corretamente quando um emulador de software FPU é usado. De acordo com a errata da Motorola, qualquer chip com máscara 2E71M ou posterior não contém o bug. Essa nova máscara foi introduzida em meados de 1995 e converteu o chip 68LC040 para o status MC.

As revisões com erros são normalmente encontradas em computadores Apple Macintosh baseados em 68LC040 . Chips com conjunto de máscara 2E23G (como usado no LC 475) foram confirmados como defeituosos. A falha está relacionada à perda de gravações pendentes quando a exceção da linha F é acionada. O 68040 não pode atualizar seu microcódigo da mesma maneira que os modernos chips x86. Isso significa que a única maneira de usar software que requer funcionalidade de ponto flutuante é substituir o 68LC040 com bugs por uma revisão posterior ou um 68040 completo.

Tabela de recursos

Variante MMU FPU
68040 sim sim
68 LC 040 sim Não
68 EC 040 Não Não

Dados técnicos

Taxa de clock da CPU 25, 33, 40 MHz
Processo de produção CMOS estático 0,8 μm , 0,65 μm , Freescale 0,57 μm
Portador de chip 179 cerâmica PGA e 184 QFP
Barramento de endereços 32 bits
Barramento de dados 32 bits
Conjunto de instruções CISC
Transistores ~ 1.200.000

ATC = Cache de tradução de endereços

Referências

Leitura adicional

links externos