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2023-05-25T16:56:49Z

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[[Datei:KL Motorola MC68060.jpg|miniatur|Motorola MC 68EC060 im Keramikgehäuse]]
[[Datei:Motorola 68060 die.JPG|miniatur|Die eines Motorola 68060 (XC68060RC50A)]]
Der '''Motorola 68060''' ist ein [[32-Bit]]-[[Prozessor]] von [[Motorola]] (später [[Freescale]], heute [[NXP Semiconductors|NXP]]). Er wurde 1994 als Nachfolger des [[Motorola 68040]] veröffentlicht und ist der leistungsstärkste Prozessor der [[Motorola-68000er-Familie]].

== Architektur ==
Der Motorola 68060 (meistens einfach nur ''060'' genannt, sprich ''null-sechzig'') ist kein einfaches Redesign des 68040, sondern wurde – basierend auf den Erfahrungen mit dem 68040 – komplett neu entwickelt. Es wurde eine zweite Einheit für Ganzzahlberechnungen hinzugefügt ([[Superskalarität]]) und eine Erweiterung für Ganzzahl-Multiplikationen, die nur zwei Takte pro Multiplikation benötigt. Die Einheit für Gleitkommaberechnungen ([[Gleitkommaeinheit|FPU]]) wurde durch eine schnellere Variante ersetzt, dabei wurden einige komplexere Funktionen des 68881/68882 nicht mit implementiert. Selbst gegenüber der [[Gleitkommaeinheit|FPU]] des [[68040]] wurden einige Funktionen gestrichen, was aber enorm zur Gesamt-Ausführungsgeschwindigkeit der 68060-FPU beiträgt (etwa Faktor 3,5). Die fehlende Funktionalität muss durch eine vom Hersteller bereitgestellte Softwarebibliothek emuliert werden. Weiterhin wurde eine Logik für Sprungvorhersagen ([[branch prediction]]) eingefügt. Der 68060 hat dadurch bei gleichem Takt etwa die zwei- bis dreifache Rechenleistung eines 68040. Die Entwicklungsmannschaft für den 68060 wurde von Joe Circello geleitet.

Der 68060 hat eine dem [[Intel Pentium]] ähnliche Architektur. Ein Teil der inneren Logik (einige Funktionsblöcke) arbeitet im Vergleich zum [[68040]] nicht mit der doppelten, sondern mit der dreifachen Busgeschwindigkeit. Das ist aber nicht mit der Taktverdopplung und -verdreifachung der DX-Prozessoren im PC-Bereich vergleichbar. Beide Prozessoren besitzen zwei superskalare [[in-order]] Pipelines. Jede Pipeline hat dabei jeweils einen Befehlsdekoder. Dieser zerlegt komplexe [[Maschinenbefehl]]e in einfachere, bevor sie verarbeitet werden. Die interne Verarbeitung erfolgt in vier Stufen nach dem [[RISC]]-Prinzip. Der eigentliche Unterschied zum Pentium liegt in der nicht superskalar ausgeführten Gleitkommaeinheit ([[FPU]]) des 68060. Entweder können zwei Integer-Instruktionen und eine Branch-Instruktion oder eine Integer-, eine Gleitkomma- und eine Branch-Instruktion parallel verarbeitet werden. Allerdings können nicht alle Instruktionen unabhängig voneinander verarbeitet werden, so dass sich eine durchschnittliche [[Instructions per cycle|IPC]] von etwa 1,3 ergibt. Der 68060 erreicht daher im Gleitkommabereich bei gleichem Takt nur etwa ein Drittel der Geschwindigkeit eines Pentium. Im Gegensatz dazu sind die ganzzahligen Multiplikations- und Bitschiebeoperationen (engl. „[[Bitweise Verschiebung|bit shifting]]“) wesentlich schneller. Außerdem kann der 68060 in der Adressierungseinheit einfache Befehle ausführen, so dass Resultate der Adressierungslogik zwei Rechenzyklen vor denen der [[Arithmetisch-logische Einheit|ALU]] zur Verfügung stehen. Diese Art der Verarbeitung führt zu dem Zero-Cycle-Branch-Verhalten, das heißt, dass eine Verzweigung in der Regel keine Rechenzyklen kostet. Für diese Optimierungen wurde eine große Menge an kompiliertem kommerziellem Code analysiert. Darüber hinaus verfügt der 68060 gemäß der [[Harvard-Architektur]] über zwei MMUs, eine für Daten- und eine für Instruktionen-[[Paging]]. Im Integerbereich ist er mit seinen Vorgängern größtenteils binärkompatibel. Ein Teil der komplexeren Adressierungsarten des [[68020]]/[[68030]] werden allerdings nicht unterstützt. Die Kompatibilität im [[FPU]]-Bereich ist nur durch den Einsatz der Emulationsbibliothek gewährleistet. Die [[Memory Management Unit|MMU]] wurde im Vergleich zum [[68030]] und [[68040]] in der Funktionalität reduziert, zum Beispiel werden nur noch Seitengrößen von 4 KiB und 8 KiB unterstützt.

Der 68060 ist der erste und einzige Vertreter der [[Motorola 68000er-Familie|68000er-Familie]] mit [[Energiemanagement|Energiesparfunktionen]]. Die CPU kann verschiedene Logikblöcke dynamisch je nach Auslastung herunter- oder herauftakten oder ganz deaktivieren. Auf diese Funktionen kann per Software zugegriffen werden.

Der 68060 war die letzte Entwicklung der [[Motorola 68000er-Familie]]. Motorola brach die Weiterentwicklung zugunsten der [[PowerPC]]-Prozessoren ab. Zuletzt wurde der 68060 in einigen späten [[Amiga]]-Modellen und deren [[Turbokarte]]n-Erweiterungen eingesetzt. Auch gab es einige [[Atari ST|Atari-ST]]-Abkömmlinge, die von der letzten Generation Gebrauch machten. Der TOS-kompatible ''Medusa Hades'' mit 68060-Prozessor sowie die Erweiterungskarten CT60 und CT63 für den [[Atari Falcon]] gehörten dazu. [[Apple]] sowie ein Großteil der [[Unix]]-Welt stiegen nach dem 68040 auf [[Reduced Instruction Set Computing|RISC]]-basierende Prozessoren um. Der 68060 wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 MHz eingeführt (basierend auf Motorolas 0,6-µm-Herstellungsprozess). Spätere Modelle erfuhren eine Reduzierung der Strukturbreite auf 0,42 µm und konnten so mit 66 MHz, teilweise sogar mit 75 MHz betrieben werden. Einige der EC- und LC-Varianten wurden sogar mit 80 MHz oder gar 90 MHz betrieben. Die 0,42-µm-Prozessoren waren sehr selten, da sich Motorola inzwischen auf seine PowerPC-Prozessoren konzentrierte.

== Varianten ==
* 68060 – vollständige CPU mit FPU und MMU
* 68LC060 – deaktivierte FPU, MMU vorhanden
* 68EC060 – FPU und MMU deaktiviert

== Technische Merkmale ==
{| class="wikitable"
|-
| Arbeitsfrequenzen
| 50 MHz, 60 MHz, 66 MHz, 75 MHz
|-
| Betriebsspannung || Vcore 3,3 V I/O 5 V
|-
| Arbeitstemperatur
| −40 °C bis 70 °C (85 °C bei aktuelleren Masken)
|-
| Herstellungsprozess
| static-CMOS 0,6 μm und später 0,42 μm
|-
| Bauweise
| [[Pin Grid Array|PGA 206]] (kompatibel zum [[Motorola 68040|68040]]), [[Ball Grid Array|TBGA]] 304 (31 × 31 × 1,7 mm³; 1,27 mm [[Pitch (Elektronik)|Pitch]])
|-
| Datenbus
| 32 Bit
|-
| Adressbus
| 32 Bit
|-
| Befehlssatz
| CISC (intern ähnlich der RISC-Arbeitsweise durch Zerlegung von Macro-Ops in Micro-Ops)
|-
| Cache || {{0|00}}8 [[Byte|KiB]] DCache (4-fach assoziativ) {{0|00}}8 KiB ICache (4-fach assoziativ) {{0}}64 Entry ATC MMU Buffer (4-fach assoziativ) {{0}}96 Byte FIFO Instruction Buffer 256 Entry Branch Cache
|-
| Register ||
* 8× 32 Bit Datenregister
* 7× 32 Bit Adressregister
* 1× 32 Bit Stack Register (2-mal vorhanden, einmal für User Mode (USP) und einmal für Supervisor Mode (SSP))
* 1× 32 Bit Programmzähler-Register
* 1× 16 Bit Statusregister (jeweils 8 Bit für User und Supervisor Mode)
* 1× 32 Bit Prozessor-Konfigurationsregister
* 1× 32 Bit Vector-Base-Register
* 2× 32 Bit Source/Destination-Function-Register
* 1× 32 Bit Cache-Control-Register
* 2× 32 Bit Root-Pointer-Register (jeweils für User und Supervisor Mode)
* 1× 32 Bit Bus-Control-Register
* 5× 32 Bit MMU-Register (nur 68060 und 68LC060)
* 8× 80 Bit FPU-Register (nur 68060)
* 3× 32 Bit FPU-Statusregister (nur 68060)
|-
| Transistoren
| ≈ 2,5 Mio.
|-
| Performance || 66 MHz: ≈{{0}}88 MIPS&emsp;≈36 MFLOPS 75 MHz: ≈110 MIPS
|}

== Trivia ==
* LC und EC sind Varianten der CPU, bei denen während des Herstellungsprozesses auf dem [[Die (Halbleitertechnik)|Die]] Fehler innerhalb der FPU- und/oder MMU-Einheit festgestellt wurden. Um die Ausbeute der Fertigung zu erhöhen, wurden die betroffenen Einheiten gezielt deaktiviert und die CPU mit entsprechend reduziertem Funktionsumfang preiswerter verkauft.
* Die Viper 1260 (eine [[Amiga 1200]]-[[Turbokarte]]) nutzte einen 68060 mit 50 MHz übertaktet auf 56 MHz.
* Die Apollo 1260 (eine Amiga 1200-Turbokarte) lässt sich mit einem 68060 Rev.6 bis 80 MHz takten.
* Die CT60 (eine [[Atari Falcon|Atari-Falcon]]-Erweiterungskarte) erreicht mit Prozessoren der Rev.6 Taktraten von 90 MHz bis über 100 MHz.

== Weblinks ==
{{commonscat}}
* [http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MC68060 Motorola MC68030 Product Summary Page]
* [http://www.cpu-collection.de/?tn=1&l0=cl&l1=68060 Motorola 68060-Prozessoren: Bilder und Beschreibungen auf cpu-collection.de]

{{Navigationsleiste Freescale-Produkte}}

[[Kategorie:Motorola-Prozessor|68060]]

Motorola 68060 - Versionsgeschichte

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