Opis procesora Motorola 68000 (MC68000)

---

68000 to 16-bitowy procesor z 32-bitową architekturą wewnętrzną i listą 56 instrukcji, wykonany
w technologii HMOS. Został wyprodukowany w 1979 roku przez amerykańską firmę Motorola.
Jest to procesor typu CISC zasilany napięciem +5V, taktowany zegarem do 16 MHz, może zaa-
dresować do 16 MB pamięci. Produkowany m.in. w plastikowej obudowie PDIP 64 i PLCC 68:



Zapoczątkował rodzinę procesorów nazywaną 68000, 680x0 lub 68k. Nazwa modelu procesora
68000 pochodzi od liczby tranzystorów, jaką zawierały pierwsze jego egzemplarze. Motorola 68000
taktowany częstotliwością 8 MHz osiąga prędkość 1 MIPS. Procesor ma wbudowane mechanizmy
pozwalające na pracę wielozadaniową. Jego struktura wewnętrzna składa się z 32-bitowej jednostki
arytmetyczno-logicznej (ALU), szesnastu 32-bitowych rejestrów D0-D7 (dane) i A0-A7 (adresy) oraz
rejestrów SR i PC:

D0-D7 - 32-bitowe rejestry danych (Data registers). A0-A7 - 32-bitowe rejestry adresowe                (Address registers). PC - 32-bitowy licznik instrukcji programu          (Program Counter). SR - 16-bitowy rejestr stanu (Status Register). CCR - 8-bitowy rejestr kodów warunkowych.             Jest to młodszy bajt rejestru SR             (Condition Code Register). USP/SSP - 32-bitowy wskaźnik stosu. Jest to rejestr A7,                      zrealizowany jako dwa rejestry sprzętowe.

Flagi (bity 7-0) rejestru kodów warunkowych CCR (Condition Code Register):

FLAGA	OPIS	ON
-	nie używana (wartość 0)	-
-	nie używana (wartość 0)	-
-	nie używana (wartość 0)	-
X	nadmiar/pożyczka (eXtend)	1
N	wartość ujemna (Negative)	1
Z	wartość zerowa (Zero)	1
V	przepełnienie/zmiana znaku (oVerflow)	1
C	nadmiar/pożyczka (Carry)	1

Posiada 16-bitową szynę danych, która jest oddzielona od szyny adresowej, co ułatwia konstrukcję
i współpracę innych układów z procesorem (współpracuje ze wszystkimi układami rodziny Motorola
6800). Szyna adresowa jest 23-bitowa (brakuje najmłodszego bitu). Dlatego najstarszy bajt rejestrów
A0-A7 oraz PC, nie ma żadnego znaczenia, a procesor może generować tylko parzyste adresy.
Magistrala danych jest buforowana wewnątrz procesora przez 16-bitowy bufor, w którym są zapisy-
wane dane odczytane z pamięci. Gdy żądany jest odczyt bajtu spod nieparzystego adresu, procesor
przetwarza młodszy bajt tego bufora. W przeciwnym razie operacje dotyczą starszego bajtu. Odczyt
/zapis słowa (.W) lub długiego słowa (.L) spod/do nieparzystego adresu nie jest możliwy (procesory
68020, 68030, 68040 i 68060 są pozbawione tej niedogodności).

Procesor Motorola 68000 może pracować w dwóch trybach. W trybie "użytkownika" (User mode),
wykonuje on normalne programy i wykorzystuje rejestr USP (User Stack Pointer). Natomiast w trybie
"nadzorcy" (Supervisor mode), procesor wykonuje kod systemu operacyjnego i używa rejestru SSP
(Supervisor Stack Pointer). W porównaniu z trybem "nadzorcy", procesor pracujący w trybie "użytko-
wnika" ma ograniczony dostęp do zasobów maszyny (niedostępne są, krytyczne dla bezpieczeństwa
systemu rejestry i obszary pamięci), dysponuje też nieco mniejszą listą instrukcji. W obydwu trybach
procesor korzysta z tych samych rejestrów, poza rejestrem A7 (USP lub SSP). Ponadto tylko w trybie
"nadzorcy" można modyfikować starszy bajt rejestru SR.

Procesor MC68000 został zastosowany jako CPU, m.in. w komputerach: Apple (Macintosh, Mac Plus,
Mac SE), Atari (1040 ST, Mega ST), Commodore (Amiga 500, 500+, 600, 1000, 2000, CDTV), a także
w wielu drukarkach, kopiarkach, faksach firm Adobe i Hewlett-Packard oraz urządzeniach sieciowych
firmy Cisco.

Występuje w kilku wersjach:

68EC000 -	wykonany w technologii CMOS, z możliwością wyboru szerokości szyny danych: 8- lub 16-bitów, częstotliwość taktowania 8-20 MHz, zasilany napięciem +5V. Stosowany w konsoli Sega Saturn (jako kontroler dźwięku).
68HC000 -	wykonany w technologii CMOS, częstotliwość taktowania 8-20 MHz, zasilany napięciem +5V. Stosowany w komputerze Macintosh Portable.
68HC001 -	wykonany w technologii CMOS, z możliwością wyboru szerokości szyny danych: 8- lub 16-bitów, częstotliwość taktowania 8-16 MHz, zasilany napięciem +5V.

68SEC000 -

wykonany w technologii CMOS, z możliwością wyboru szerokości szyny danych: 8- lub 16-bitów, częstotliwość taktowania 10-20 MHz, zasilany napięciem +3.3V lub +5V. Jest to procesor statyczny, którego częstotliwość pracy można zmniejszyć do 0 Hz.

Oryginalna wersja procesora MC68000 nie jest już produkowana.
Firma Freescale Semiconductor wytwarza jego unowocześnione wersje.

Procesory Motorola 68000 były zaliczane do bardzo wydajnych produktów w swojej klasie cenowej,
dostępnych wtedy na rynku. Dzięki nim powstało wiele pionierskich architektur, o ogromnym wpływie
na historię komputerów: Apple Macintosh (1984), Atari ST (1985), Commodore Amiga (1985). Kom-
putery te umożliwiały wykonanie identycznych zadań obliczeniowych co konkurencja, ale dodatkowo
oferowały bogate możliwości multimedialne i nowatorskie rozwiązania systemowe (wiązało się to
z nowoczesną wówczas architekturą procesora MC68000). Wyposażono je w innowacyjne, okienkowe
systemy operacyjne. Dzięki użyciu procesora MC68000 zapewniającego odpowiednią wydajność,
systemy te pod względem wygody i funkcjonalności, działają prawie jak te dzisiejsze. Wszelkie inne
komputery, jeszcze przez wiele lat nie radziły sobie z graficznymi systemami operacyjnymi. Zaliczyć
można do nich pecety zgodne z IBM PC, na które powstał np. system Microsoft Windows. Działo się
tak głównie z powodu wykorzystywania mniej wydajnych procesorów i przestarzałych architektur.
W komputerze Amiga (1985) zastosowano wielozadaniowy (multitasking) system operacyjny,
porównywalny do Windows 95, który powstał 10 lat później!
Za sprawą atrakcyjnej oprawy audiowizualnej oprogramowania, te trzy rodziny komputerów domowych
przyczyniły się do znacznego rozwoju i popularyzacji informatyki. Oto nazwy ich graficznych systemów
operacyjnych: Apple Macintosh - MacOS, Atari ST - Atari TOS/GEM, Commodore Amiga - AmigaOS.
Z całej serii procesorów Motorola 680x0, znaczącą rolę w kategorii systemów wbudowanych, odgrywa
do dziś model MC68000. Dzięki jego wydajności, zastosowano go w wielu interaktywnych systemach
multimedialnych, np. w kilku tysiącach różnych gier automatowych (m.in. cała seria Metal Slug).

Rozmieszczenie i opis wyprowadzeń: