Freescale MC68020RC-16E

Конечно, вот подробное описание микропроцессора Freescale MC68020RC-16E.

Описание

Freescale MC68020RC-16E — это 32-битный микропроцессор, представляющий собой второе поколение знаменитого семейства MC68000 от компании Freescale (ранее Motorola Semiconductor). Он является полноправным 32-битным процессором, в отличие от своего предшественника MC68000, который имел 32-битные регистры, но 16-битную шину данных.

MC68020, известный под кодовым именем "EC", стал первым в семействе 68000, построенным на полноценной 32-битной архитектуре (как регистры, так и шины данных и адреса). Модель RC-16E характеризуется тактовой частотой 16 МГц и рабочей температурой в коммерческом диапазоне (0°C to +70°C). Процессор выполнен в керамическом корпусе PGA (Pin Grid Array).

Этот процессор был невероятно популярен в 1980-90-х годах и использовался в высокопроизводительных рабочих станциях, Unix-серверах, мощных персональных компьютерах и некоторых игровых аркадных автоматах.

Технические характеристики

| Параметр | Характеристика | | :--- | :--- | | Производитель | Freescale (Motorola) | | Модель | MC68020RC-16E | | Архитектура | 32-битная (CISC) | | Набор инструкций | M68k | | Тактовая частота | 16 МГц | | Шина данных | 32-битная | | Шина адреса | 32-битная (до 4 ГБ адресного пространства) | | Скорость работы | ~ 4 MIPS (миллионов инструкций в секунду) | | Кэш-память | 256 байт инструкционного кэша | | Режимы работы | User и Supervisor | | Система команд | Расширенный набор команд 68000 + новые 32-битные инструкции и режимы адресации | | Математический сопроцессор | Поддерживает MC68881 и MC68882 (подключается как периферийное устройство) | | MMU | Блок управления памятью (MMU) отсутствует на кристалле. Требуется внешний MC68851. | | Питание (Vcc) | +5 В | | Корпус | PGA (Pin Grid Array), 114 контактов (часто обозначается как PGA114) | | Температурный диапазон | Коммерческий (C): 0°C to +70°C | | Техпроцесс | HCMOS |

Ключевые усовершенствования по сравнению с MC68000:

• Полностью 32-битная архитектура: Все внутренние и внешние шины 32-битные.
• Кэш инструкций: 256 байт для увеличения скорости выполнения.
• Усовершенствованный конвейер: Позволяет выполнять части нескольких инструкций одновременно.
• Новые режимы адресации: Появились, например, масштабированная индексная адресация с перемещением, что упрощало работу со сложными структурами данных.
• Ускоренные вычисления: Новые инструкции и 32-битные операции для умножения и деления.

Парт-номера (Part Numbers) и варианты

Номенклатура Motorola/Freescale для этого процессора следует стандарту:

• MC68020 — Базовая часть номера.
• RC — Обозначение корпуса (R = PGA, C = Ceramic).
• 16 — Тактовая частота в МГц.
• E — Температурный диапазон/уровень качества (E = Commercial, 0°C to +70°C).

На основе этого можно определить совместимые и аналогичные модели:

| Модель | Частота | Корпус | Темп. диапазон | Примечание | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | MC68020RC12E | 12 МГц | PGA Ceramic | Commercial | Более медленная версия | | MC68020RC16E | 16 МГц | PGA Ceramic | Commercial | Рассматриваемая модель | | MC68020RC20E | 20 МГц | PGA Ceramic | Commercial | Более быстрая версия | | MC68020RC25E | 25 МГц | PGA Ceramic | Commercial | Высокоскоростная версия | | MC68020RC33E | 33 МГц | PGA Ceramic | Commercial | Самая быстрая коммерческая версия | | MC68020RC16B | 16 МГц | PGA Ceramic | Extended (-40°C to +85°C) | Для промышленного применения | | MC68020FN16 | 16 МГц | PLCC | Commercial | Другой тип корпуса | | MC68EC020 | 16/20/25 МГц | Разные | Commercial | Эконом-версия с 24-битной шиной адреса (16 МБ ОЗУ) |

Совместимые модели и преемники

Процессоры, которые являются прямыми преемниками или используются в одной экосистеме:

1. Прямые преемники в линейке:

   • MC68030 — Следующее поколение. Ключевое улучшение: интегрированный на кристалл MMU (блок управления памятью) и объединенный кэш данных и инструкций. Является аппаратно и программно совместимым апгрейдом во многих системах.
   • MC68040 — Еще более продвинутое поколение с суперскалярным ядром и встроенным FPU (математическим сопроцессором).

2. Сопроцессоры, используемые с MC68020:

   • MC68881 — Математический сопроцессор с плавающей точкой (FPU).
   • MC68882 — Усовершенствованная и более быстрая версия математического сопроцессора.
   • MC68851 — Блок управления памятью (MMU), необходимый для сложных многозадачных ОС, таких как Unix.

3. Совместимые по коду (Software Compatible):

   • Весь ряд микропроцессоров семейства M68k является объектно-совместимым на бинарном уровне. Это означает, что программный код, написанный для MC68000 (за исключением случаев, использующих специфичные "грязные трюки"), будет работать на MC68020, MC68030, MC68040 и даже на более холодных и экономичных версиях, таких как MC68EC020, MC68EC030, MC68VZ328 (использовался в PalmPilot) и др. Это было одним из ключевых преимуществ архитектуры.

Заключение

Freescale MC68020RC-16E — это исторически важный 32-битный процессор, который задал новые стандарты производительности в свое время. Его наследие живет благодаря невероятной программной совместимости внутри всего семейства M68k. Он был сердцем многих легендарных вычислительных систем, таких как Apple Macintosh II, Sun-3, некоторые модели Amiga и Atari, а также разнообразного промышленного и коммуникационного оборудования.