Motorola-68000er-Familie

2025-05-23T09:49:14Z

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[[Datei:Motorola MC68000P8.jpg|miniatur|Motorola MC68000 im 64-poligen [[Dual in-line package|DIP]]]]
[[Datei:KL Motorola 68010 DIP.jpg|miniatur|Motorola 68010 im DIP-Gehäuse]]
[[Datei:KL Motorola MC68020.jpg|miniatur|Motorola 68020]]
[[Datei:Motorola 68030 32-bit microprocessor.jpg|miniatur|Motorola 68030]]
[[Datei:Motorola-XC68LC040RC25B.jpg|miniatur|Motorola 68LC040 mit einer Taktfrequenz von 25 MHz]]
[[Datei:KL Motorola MC68060.jpg|miniatur|Motorola MC 68EC060]]

Die '''Motorola-68000er-Familie''', auch als '''680x0''' oder '''m68k''' bzw. '''68k''' bezeichnet, ist eine Serie von historischen [[Complex Instruction Set Computer|CISC]]-[[Mikroprozessor]]en der Firma [[Motorola]].

Eingesetzt wurden die Prozessoren dieser Familie in vielen [[Heimcomputer]]n wie dem [[Atari ST]], [[Amiga]] oder [[Macintosh]], in [[Server]]n beispielsweise von [[Apollo Computer|Apollo]], [[Hewlett-Packard]] oder [[Sun Microsystems]], aber auch in [[Spielkonsole]]n wie dem [[Atari Jaguar]] oder [[Sega Mega Drive]]. Im Bereich [[Eingebettetes System|eingebetteter Systeme]] sind Abkömmlinge dieser Familie (683xx) bis heute im Einsatz.

Alle Prozessoren dieser Serie haben einen einfachen, aber mächtigen Befehlssatz mit vielen Adressierungsarten und Operandengrößen von 8, 16 und [[32-Bit|32 Bit]]. Beispielsweise existiert der Datentransferbefehl "move", der als echter Zweiadressbefehl ein Datum von einer Speicherstelle zur anderen kopieren kann, ohne dabei den Umweg über ein CPU-[[Register (Computer)|Register]] zu gehen. Die [[Byte-Reihenfolge]] der 68k-Familie ist Big-Endian.

== Die 68K-Prozessoren ==
=== Mitglieder dieser Familie ===
* [[Motorola 68000]]
* Motorola 68HC001 – 68000 mit 8- oder 16-Bit-Bus und 24-Bit-Adressen
* [[Motorola 68008]]
* [[Motorola 68010]]
* [[Motorola 68012]]
* [[Motorola 68020]], Motorola 68EC020
* [[Motorola 68030]], Motorola 68EC030
* [[Motorola 68040]], Motorola 68EC040, Motorola 68LC040
* [[Motorola 68060]], Motorola 68EC060
* [[Motorola CPU32]] (Motorola 68330)
* [[Freescale ColdFire|Motorola Coldfire]]
* [[Dragonball (Prozessorfamilie)|Motorola Dragonball]]

* [[Motorola 68440]] – zweikanaliger DMA-Controller für den 68000/10
* [[Motorola 68450]] – vierkanaliger DMA-Controller für den 68000/10
* [[Motorola 68451]] – externe MMU für den 68000/10
* [[Motorola 68851]] – externe MMU für den 68020
* [[Motorola 68881]] – externe FPU für den 68020 und 68030
* [[Motorola 68882]] – externe FPU für den 68020 und 68030

=== Nummerierungsschema ===
Die Prozessoren mit geraden Nummern (68000, 68020, 68040, 68060) waren für größere Änderungen an der Architektur vorgesehen, die ungeraden Nummern (68010, 68030, 68050, 68070) waren dagegen Architekturoptimierungen. Die Prozessoren 68050 und 68070 waren zwar geplant, wurden aber von Motorola nie produziert. Philips hatte auf Basis des 68000 den [[SCC68070]] entwickelt.

Zum Beispiel waren der [[Motorola 68010]] (und auch der [[Motorola 68012|68012]]) ein 68000 mit Optimierungen für Schleifenoperationen und der Möglichkeit, nach einem Seitenfehler ([[page fault|pagefault]]) eine Instruktion zu pausieren. Das ermöglichte mit Hilfe einer Speicherverwaltungseinheit (MMU) den Einsatz von [[Virtueller Speicher|virtuellem Speicher]] (virtual memory). Ansonsten gab es keine weiteren Änderungen an der Architektur. Ähnlich war es auch bei dem 68030. Dieser war im Prinzip nur eine [[Die-Shrink|verkleinerte]] Version des 68020, bei der die MMU und ein zusätzlicher Datencache (256 Byte) in die [[Hauptprozessor|CPU]] integriert wurden. Den 68030 gab es mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 MHz.

Die Änderungen vom 68000/68010 zum 68020/68030 waren dagegen sehr umfangreich.

=== Spin Off ===
*Freescale ColdFire
*Freescale DragonBall (MC68328)
*APOLLO CORE 68080

== Geschichte ==
Die Serie beginnt 1979 mit dem [[Motorola 68000]].
Er besitzt intern 32-Bit-Register, einen mit 32 Bit adressierten [[Adressraum#Gebräuchliche Speicheradressräume|linearen Adressraum]], eine 16-Bit-[[Arithmetisch-logische Einheit|ALU]] sowie einen 16-Bit-[[Datenbus]]. Nach außen hat er nur 24 Adressleitungen, real benutzbar sind also nicht 4 [[Binärpräfix|GiB]], sondern nur 16 MiB Speicher, was damals aber keine relevante Einschränkung darstellte.

Der [[Motorola 68008]] ist eine reduzierte Variante des 68000 mit einem 8 Bit breiten Daten- und einem 20 Bit breiten Adressbus. Neben ihrer Verwendung als Hauptprozessor beispielsweise im [[Sinclair QL]] wurde diese CPU gerne als [[Controller (Hardware)|Controller]] in der [[Steuerungstechnik]] eingesetzt. 

Wenig erfolgreich war der [[Motorola 68010]], der einige Fehler des 68000 behob. Speziell wurde der Umgang mit Speicherzugriffsfehlern verbessert, was für die sinnvolle Unterstützung einer MMU notwendig war. Außerdem erhielt die Pipeline einen speziellen Modus, der kurze Schleifen aus zwei Befehlen deutlich beschleunigte, indem diese ohne wiederholtes Lesen der Befehle ausgeführt wurden.

Der [[Motorola 68012]] war eine Variante des 68010, bei dem zusätzliche Adressleitungen die Adressierung von bis zu 2 GiB Speicher erlaubten.

Mit dem [[Motorola 68020]] wurde der Prozessor komplett auf [[32-Bit]] umgestellt, verfügte erstmals über einen Cache für Instruktionen (Größe 256 Byte) und konnte problemlos mit der [[Gleitkommaeinheit|FPU]] 68881 bzw. 68882 oder der [[Memory Management Unit|MMU]] 68851 eingesetzt werden.
Die preisgünstige Variante 68EC020 hatte nur 24 Adressleitungen herausgeführt.

Der [[Motorola 68030]] enthielt eine integrierte programmierbare MMU, mit deren Hilfe [[virtuelle Speicherverwaltung]] möglich wurde, und getrennte Cachespeicher für Daten (256 Bytes) und Befehle (256 Bytes).
Dem 68EC030 fehlte die interne MMU.

Mit dem [[Motorola 68040]] wurde die FPU auf dem Chip integriert sowie der Level-1-Cache auf 4 KiB vergrößert. Durch interne Taktverdoppelung hat ein 68040 mit 25 MHz etwa die Integer-Rechenleistung eines mit 50 MHz getakteten 68030.
Bei der Variante 68LC040 fehlte die FPU oder war wegen eines Defekts abgeschaltet.

Der [[Motorola 68060]] bot wiederum eine deutliche Leistungsverbesserung gegenüber dem 68040; er ließ Taktfrequenzen von bis zu 75 MHz zu (erhältlich waren meist aber Taktfrequenzen von 50 MHz) und konnte dank „[[Superskalarität|SuperScalar]]“ bis zu zwei Integer-Instruktionen pro Takt ausführen.
Hauptsächlich wurde er für [[Eingebettetes System|eingebettete]] (embedded) Anwendungen eingesetzt, da die Prozessoren von [[Intel]] aufgrund der wesentlich größeren Stückzahlen sehr viel preiswerter waren, bei Servern mittlerweile hauptsächlich [[Reduced Instruction Set Computer|RISC]]-Prozessoren Verwendung fanden und mit dem [[PowerPC]] bereits ein markttechnischer Nachfolger im PC- und Workstation-Bereich zur Verfügung stand. Außer in einigen erweiterten [[Amiga]]-Computern und als eingebettetes System fand der Motorola 68060 praktisch keine Anwendung mehr.

Nach dem 68060 wurde die Entwicklung des 68000er-Kerns für Embedded-Zwecke weitergeführt. Dafür wurde der Kern um zusätzliche Peripherie erweitert. Zusätzlich wurde die Komplexität reduziert, um den Stromverbrauch und die Herstellungskosten zu senken. Aus diesen Änderungen gingen die [[Motorola Coldfire|Motorola-Coldfire]]- und die [[Motorola Dragonball|Dragonball]]-Familie hervor, die in vielen Geräten (wie [[Mobiltelefon]]en und [[Personal Digital Assistant|PDA]]s, z. B. von [[HP Palm|Palm]]) eingesetzt wurden.

Typische 68k-Betriebssysteme sind [[OS-9]], [[AmigaOS]], Atari-[[TOS (Betriebssystem)|TOS]], [[Mac OS (Classic)|Mac OS]] (vormals Macintosh System Software), [[MiNT]], [[Linux68k]], [[NetBSD]] und [[OpenBSD]].

== Siehe auch ==
* [[Liste von Mikroprozessoren]]
* [[Liste der Mikroprozessoren von Intel]]

== Weblinks ==
* [http://visual6502.org/images/pages/Motorola_68000.html visual6502.org] Sehr hoch aufgelöste Fotos der 68000er-CPU

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[[Kategorie:Motorola-Prozessor|68000er-Familie]]

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