Motorola_68060

Architektur

Der Motorola 68060 (meistens einfach nur 060 genannt, sprich null-sechzig) ist kein einfaches Redesign des 68040, sondern wurde komplett neu – basierend auf den Erfahrungen mit dem 68040 – 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 (FPU) wurde durch eine schnellere Variante ersetzt, dabei wurden einige Funktionen des 68881/68882 nicht mit implementiert. Diese müssen durch eine Softwarebibliothek emuliert werden. Weiterhin wurde eine Logik für Sprungvorhersagen (branch prediction) eingefügt. Der 68060 hat in etwa die zwei- bis dreifache Rechenleistung eines 68040 bei gleichem Takt. Das Designteam hinter dem 68060 wurde von Joe Circello geleitet.

Der 68060 hat eine dem Intel Pentium ähnliche Architektur. Ein Großteil der inneren Logik (Pipelines) arbeitet im Vergleich zum 68040 nicht mit der doppelten, sondern mit der dreifachen Busgeschwindigkeit. Beide Prozessoren besitzen zwei superskalare in-order Pipelines. Jede Pipeline verfügt dabei jeweils über einen Befehlsdekoder. Der Dekoder zerlegt komplexe Maschinenbefehle in einfachere, bevor sie verarbeitet werden. Der eigentliche Unterschied zum Pentium liegt in der nicht superskalar ausgeführten Gleitkommaeinheit (FPU) des 68060. Daher erreicht der 68060 im Gleitkommabereich auch nur etwa ein Drittel der Geschwindigkeit eines Pentiums bei gleichem Takt. Im Gegensatz dazu sind die ganzzahligen Multiplikations- und Bitschiebeoperationen (bit shifting) wesentlich schneller. Der 68060 kann außerdem in der Adressierungs-Einheit einfache Befehle ausführen, er kann Resultate zwei Rechenzyklen von der Adressierungslogik (ALU) zur Verfügung stellen. 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.

Der 68060 ist der erste und einzige Vertreter der 68000er-Familie, der über energiesparende Powermanagement-Funktionen verfügt. Die CPU ist in der Lage, verschiedene Logikblöcke dynamisch je nach Auslastung herunter- oder herauf zu takten, oder sie vollständig zu deaktivieren. Auf die 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. Der 68060 wurde zuletzt in einigen späten Amiga-Modellen und dessen Turbokarten-Erweiterungen eingesetzt. Es gab auch einige Atari-ST-Abkömmlinge, die ebenfalls 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 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 auf seine PowerPC-Prozessoren konzentrierte.

Die Entwicklung des 68000er Kerns wurde von Motorola für embedded-Zwecke weitergeführt. Der Kern wurde hierfür um zusätzliche Peripherie erweitert. Zusätzlich wurde die Komplexität reduziert, um den Stromverbrauch und die Herstellungskosten zu senken. Aus diesen Änderungen gingen die Motorola Coldfire- und die Motorola Dragonball-Familie hervor, die heute in vielen embedded Geräten (wie Mobiltelefonen und PDAs) eingesetzt wird.

Geschichte

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 für Architekturoptimierungen. Die 68050 und 68070 Prozessoren waren zwar geplant, wurden aber nie produziert.

Zum Beispiel: der Motorola 68010 (und auch der eigenartige 68012) waren ein 68000 mit Optimierungen für Schleifenoperationen und die Möglichkeit nach einem Seitenfehler (pagefault) eine Instruktion zu pausieren. Dies ermöglichte den Einsatz von virtuellem Speicher (virtual memory) unter dem Einsatz einer Speicherverwaltungseinheit (MMU). Ansonsten gab es keine weiteren Änderungen an der Architektur. Ähnlich war es auch bei dem 68030. Dieser war im Prinzip nur eine Die-Shrink Version des 68020, bei der die MMU und ein zusätzlicher Datencache (256 Byte) in die 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. Varianten:
68060 – vollständige CPU mit FPU und MMU

  68LC060 – deaktivierte FPU, MMU vorhanden
  68EC060 – FPU und MMU deaktiviert

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 PGA 206 (kompatibel zum 68040), TBGA 304 31*31*1.7P1.27 Datenbus 32 Bit Adressbus 32 Bit Instructionset CISC (intern ähnlich der RISC-Arbeitsweise durch Zerlegung von Macro-Ops in Micro-Ops) Cache

  8kB DCache (4-fach assoziativ)
  8kB ICache (4-fach assoziativ)
  96 Byte FIFO Instruction Buffer
  256 Entry Branch Cache
  64 Entry ATC MMU Buffer (4-fach assoziativ)

Register

  8 für Adressoperationen
  8 für Datenoperationen

Transistoren ~2.500.000 Performance

  ~88 Mips @ 66 MHz
  ~110 Mips @ 75 MHz
  ~36 MFlops @ 66 MHz

• Übersichts-Seite zu den verschiedenen Masken und Übertaktungen

Trivia

  es sollen auf 100/133 MHz übertaktete Varianten existieren (teilweise in Verbindung mit Wasserkühlung)
  LC und EC Varianten sind defekte CPUs bei denen die FPU- oder MMU-Logik zuviele Fehler aufweisen und deshalb deaktiviert wurden
  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 Erweiterungskarte) erreicht mit Prozessoren der Rev.6 Taktraten von 90 MHz bis über 100 MHz

http://www.cpu-collection.de/?tn=1&l0=cl&l1=68060

Successor to the Motorola 68040. The 68060 is the highest performance 680×0 family processor available. It has 2 to 3 times the performance capability of the 68040.

The 68060 was the last development of the 680×0 series for general purpose use, abandoned in favour of the PowerPC chips. It saw use in some late-model Amiga machines, but Apple and the Unix world had moved onto various RISC platforms.

Developments of the basic core continue, intended for embedded systems. Here they are combined with a number of peripheral interfaces to reduce the overall complexity and power requirements of a design. A number of chips, each with different sets of interfaces, are sold under the name ColdFire and Dragonball.

http://www.faqs.org/faqs/motorola/68k-chips-faq/index.html

This is the latest and most powerful member of the 68K family. The '060 is designed as an upgrade from a '040 with 2.5 to 3.5 times the performance of the 25 mhz '040. It uses Superscalar pipelined architecture which means it can perform more than one instruction at a time. The 68060 allows simultaneous execution of two integer instructions (or 1 integer and 1 float instruction) and one branch during each clock cycle. A branch cache allows most branches to execute in zero cycles. This CPU has some RISC processor features. The chip is all hardwired - there is no microcode in it. It incorporates a JTAG interface to help simplify the debugging process.

The on-board caches have been increased to 8 Kbytes each and the '060 has 2.5 million transistors on the single die. The '060 uses various dynamic power management techniques to reduce power consumption. The '060 has a clock speed of 50 Mhz currently with a future model at 66 Mhz and since the '060 is a static device, the clock has no lower limit and can even be stopped. This part operates at a Vcc of 3.3 volts and interfaces to both 3 and 5 volt peripherals. The input pins can swing between 0 and 5 volts and the output pins between 0 and 3.3 volts. It has been available as a sample part for some time now and is probably now entering quantity production. This may be the last member of the 68K family. The '060 does not support dynamic bus sizing except with the addition of the MC68150 chip.

The '060 offers 100 MIPS @ 66mhz and 250 million operations per second @ 50 mhz. SPECint = 50 @ 50Mhz. There is a M68060 software package (M68060SP) that supplies software emulation for unimplemented integer instructions, FPU software and other library subroutines. This package is available on the Motorola BBS system and now, AESOP.

Apple Computer has announced it will not use the MC68060 in the Macintosh. It has switched to the PowerPC RISC chips. The Motorola 68000 series no longer appears to have a future in the desktop market. The '060 will likely find application in advanced high power embedded controllers. It has a list price of $US 308 probably at quantity. (unverified) Motorola claims it will add peripheral devices to the '060 in the future as it has with its 8 bit parts. This is possible because the '060 is of a modular design. The '060 is available in a 223 PGA package and will fit into a 179 pin 68040 super- socket. The extra '060 pins are in towards the center of the socket.

]The '060 is starting to appear in VMEbus computers from such companies as Motorola, Heurikon, EKF, Synergy (2 '060s!) and others. There are '060 accelerator cards available for the Amiga and a European firm called Escom will have the Amiga A4000T/060 computer on the market in late October. This information courtesy of Rask Lambertson in Denmark. It appears the 68K line will have a long life due to its straight forward architecture, simple bus interface and ease of machine language programming.

• siehe Datenblatt / besser Bild u/o Tabelle

z.T. mit vielen Bildern

• http://www.cpucollection.ca/Motorola68060.htm
• http://www.cpu-world.com/CPUs/68060/