Motorola 68040 (« шестьдесят восемь-сорок ») — 32-разрядный микропроцессор из серии Motorola 68000 , выпущенный в 1990 году. Он является преемником 68030 , за ним следует 68060 , пропуская 68050. В общем названии Motorola 68040 часто называют просто '040 (произносится как « о-четыре-о» или «о-сорок »).
68040 был первым членом семейства 680x0 со встроенным модулем вычислений с плавающей запятой (FPU). Таким образом, он включал в себя всю функциональность, которая ранее требовала внешних микросхем, а именно FPU и блок управления памятью (MMU), которые были добавлены в 68030. Он также имел разделенные кэши инструкций и данных по 4 килобайта каждый. Он был полностью конвейерным и состоял из шести этапов.
Версии 68040 были созданы для определенных сегментов рынка, включая 68LC040, в котором удален FPU, и 68EC040, в котором удалены как FPU, так и MMU. Motorola планировала вариант EC для встроенного использования, но встроенные процессоры во времена 68040 не нуждались в мощности 68040, поэтому варианты EC 68020 и 68030 продолжали широко использоваться в конструкциях.
Motorola выпустила несколько классов скорости. Детали 16 МГц и 20 МГц никогда не проходили аттестацию (обозначение XC) и использовались в качестве образцов прототипов. Классы 25 МГц и 33 МГц присутствовали во всей линейке, но примерно до 2000 года класс 40 МГц был только для «полного» 68040. Запланированный класс 50 МГц был отменен после того, как он превысил диапазон теплового расчета .
В компьютерах Apple Macintosh 68040 был представлен в Macintosh Quadra , названном в честь чипа. Самый быстрый процессор 68040 работал на частоте 40 МГц и использовался только в Quadra 840AV. Более дорогие модели (недолговечной) линейки Macintosh Centris также использовали 68040, а более дешевые Quadra, Centris и Macintosh Performa использовали 68LC040 . 68040 также использовался в других персональных компьютерах , таких как Amiga 4000 и Amiga 4000T , а также в ряде рабочих станций , серверах Alpha Microsystems , сериях HP 9000/400 , TOWER 32/750, 32/825 корпорации NCR. и 32/850, [2] DN5500 компании Apollo Computer , [3] и более поздние версии компьютера NeXT .
Процессор 68040 используется в компьютерах управления полетом (FMC) на борту многих самолетов Boeing 737 , включая все модели Next Generation и MAX . [4]
68040 столкнулся с пределом транзисторного бюджета на ранних стадиях проектирования. Хотя MMU не требовало большого количества транзисторов (на самом деле, поскольку он находился на том же кристалле, что и ЦП, это фактически экономило на транзисторах), FPU определенно это делал. Внешний FPU Motorola 68882 был известен как очень высокопроизводительный блок, и Motorola не хотела рисковать интеграторами, используя версию «LC» с 68882 вместо более прибыльного полного блока «RC». (Информацию о многопроцессорной модели Motorola с серией 680x0 см. в Motorola 68020. ) Таким образом, FPU в 68040 стал неспособным выполнять трансцендентные функции IEEE , которые поддерживались как 68881, так и 68882 и использовались популярным программным обеспечением для генерации фракталов. того времени и многое другое. Пакет поддержки операций с плавающей запятой Motorola (FPSP) эмулировал эти инструкции в программном обеспечении при прерывании. Поскольку это был обработчик исключений, интенсивное использование трансцендентных функций приводило к серьезным потерям производительности.
Жара всегда была проблемой на протяжении всей жизни 68040. Хотя он обеспечивал более чем в четыре раза большую тактовую производительность, чем 68020 и 68030, сложность чипа и требования к мощности были обусловлены большим кристаллом и большим объемом кэш-памяти. Это повлияло на масштабирование процессора, и он никогда не мог работать с тактовой частотой выше 40 МГц. Вариант с частотой 50 МГц планировался, но был отменен. Энтузиасты разгона сообщили об успехе в достижении частоты 50 МГц с использованием генератора с частотой 100 МГц вместо генератора с частотой 80 МГц и новой на тот момент технологии добавления радиаторов увеличенного размера с вентиляторами.
68040 предлагал те же функции, что и Intel 80486 , но в тактовой частоте мог значительно превосходить чип Intel в операциях с целыми числами и с плавающей запятой. [5] [6]
68EC040 — это версия микропроцессора Motorola 68040, предназначенная для встроенных контроллеров (EC). От 68040 он отличается тем, что не имеет ни FPU, ни MMU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. 68EC040 использовался в коммутаторе Cisco Supervisor Engine I , который является сердцем моделей 2900, 2948G, 2980G, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500 и 7600.
68LC040 — это дешевая версия микропроцессора Motorola 68040 без FPU. Это делает его менее дорогим и потребляет меньше энергии. Хотя процессор теперь больше соответствует характеристикам Motorola 68030, он по-прежнему включает кэш и конвейер 68040 и, таким образом, значительно быстрее, чем 68030.
Некоторые версии маски 68LC040 содержали ошибку , которая не позволяла чипу работать правильно при использовании программного эмулятора FPU. Согласно опечаткам Motorola, [7] любой чип с набором масок 2E71M или новее не содержит ошибки. Эта новая маска была представлена в середине 1995 года и преобразовала чип 68LC040 в статус MC. [8]
Версии с ошибками обычно встречаются на компьютерах Apple Macintosh на базе 68LC040 . Подтверждено, что чипы с набором масок 2E23G (используемые в LC 475) неисправны. Ошибка связана с потерей ожидающих операций записи при срабатывании исключения F-линии. [9] 68040 не может обновлять свой микрокод, как современные чипы x86. Это означает, что единственный способ использовать программное обеспечение, требующее функциональности с плавающей запятой, — это заменить глючный 68LC040 более поздней версией или полной 68040.
ATC = Кэш трансляции адресов