Motorola 88000 - Motorola 88000

M88000
Projektant Motorola
Bity 32-bitowy
Wprowadzono 1988
Projekt RISC
Rodzaj Zarejestruj się Zarejestruj się
Kodowanie Naprawiony
Rozgałęzienie Porównaj i rozgałęź
Endianizm Bi
Rozszerzenia Instrukcje graficzne (tylko 88110)
otwarty Nie
Rejestry
Ogólny cel 32-bitowy
Punkt zmiennoprzecinkowy 32 80-bitowe (tylko 88110)

88000 ( m88k w skrócie) jest RISC zestaw instrukcji architektury (ISA) opracowane przez firmę Motorola w 1980 roku. MC88100 pojawił się na rynku w 1988 roku, niektóre dwa lata po konkurencyjnej SPARC i MIPS . Ze względu na późny start i znaczne opóźnienia w wydaniu MC88110 drugiej generacji , m88k odniósł bardzo ograniczony sukces poza platformą MVME i środowiskami wbudowanych kontrolerów. Kiedy Motorola dołączyła do sojuszu AIM w 1991 roku, aby opracować PowerPC , dalszy rozwój 88000 dobiegł końca.

Historia

tło

Motorola weszła w lata 80. w silnej pozycji; ich niedawno wprowadzona Motorola 68000 z łatwością przewyższała wszystkie inne mikroprocesory na rynku, a jej 32-bitowa architektura była naturalnie dostosowana do powstającego rynku unixowych stacji roboczych . Intel nie wkraczał agresywnie w 32-bitową przestrzeń, a firmy, które to zrobiły, w szczególności National Semiconductor , spartaczyły ich wydania i pozostawiły Motoroli kontrolę nad wszystkim, co nie było Intelem . W tym czasie Intel posiadał około 80% całego rynku komputerowego, podczas gdy Motorola kontrolowała 90% pozostałej części.

Do tego doszło na początku lat osiemdziesiątych XX wieku, kiedy wprowadzono koncepcję RISC. Początkowo w branży toczyła się intensywna debata, czy ta koncepcja rzeczywiście poprawiłaby wydajność, czy też dłuższe programy w języku maszynowym faktycznie spowolniłyby wykonywanie poprzez dodatkowy dostęp do pamięci. Cała taka debata została zakończona w połowie lat osiemdziesiątych, kiedy pojawiły się pierwsze stacje robocze oparte na RISC; najnowszy Sun-3/80 działający na 20 MHz Motorola 68030 dostarczał około 3 MIPS, podczas gdy pierwszy Sun-4/260 oparty na SPARC z 16 MHz SPARC dostarczał 10 MIPS. Hewlett-Packard , DEC i inni duzi dostawcy zaczęli przechodzić na platformy RISC.

Ta zmiana na rynku mogła potencjalnie zablokować Motorolę jedną z jej jedynych twierdz i jedną z najbardziej lukratywnych. Apple pozostał jedynym dużym dostawcą firmy poza przestrzenią stacji roboczej; inni użytkownicy 68000, zwłaszcza Atari i Commodore International , brnęli na rynku, który szybko dostosowywał się do klonu PC .

Podejście Motoroli

RISC projekty były świadomy wysiłek, aby dostosować procesor do typów operacji nazywany przez kompilatory na tej platformie, w przypadku stacji roboczych UNIX języka programowania C . W przełomowym projekcie IBM 801 zauważono, że kompilatory generalnie nie korzystały z ogromnej większości dostępnych im instrukcji, a zamiast tego korzystały z najprostszej wersji instrukcji, często dlatego, że działały one najszybciej. Usunięcie tych nieużywanych instrukcji z procesora zwolniło znaczną ilość miejsca na chipie. Dało to miejsce na zwiększenie liczby rejestrów procesora , co miało znacznie większy wpływ na wydajność niż instrukcje specjalne. Z tego powodu można powiedzieć, że koncepcja RISC opiera się na rzeczywistym projekcie kompilatorów.

W przeciwieństwie do tego Motorola zdecydowała się zignorować to podejście i zaprojektowała całkowicie nową koncepcję, nie opartą na projekcie kompilatora. Pomysł polegał na tym, że nie będą próbowali konkurować z stale rosnącą listą podobnych konstrukcji RISC na rynku, a zamiast tego wyprodukują najpotężniejszy procesor na świecie. Aby to zrobić, wzięli notatki projektowe z jednego z najszybszych komputerów tej epoki, superkomputera CDC Cyber , wykorzystując w szczególności koncepcję tablicy wyników , która była używana tak, jak to było w maszynach CDC, aby pomóc w wysyłaniu instrukcji, ale także jako sposób na poprawę wydajności wywołań podprogramów .

Kolejną cechą nowego projektu było wbudowane wsparcie dla wyspecjalizowanych koprocesorów. Oprócz poleceń wewnętrznych obsługiwanych po wyjęciu z pudełka, odłożył kilka bloków po 256 instrukcji, które mogą być używane przez koprocesory. Było to skierowane do projektantów, którzy chcieli dostosować system; można dodać nowe jednostki funkcjonalne bez wpływu na istniejącą architekturę zestawu instrukcji , zapewniając zgodność oprogramowania dla głównej funkcjonalności.

Wydanie

W 1987 roku było już powszechnie wiadomo, że Motorola projektuje swój własny procesor RISC. Nazywany przez przemysł komputerowy „78000”, hołd dla wcześniejszego 68000, stał się 88000, kiedy został wydany w kwietniu 1988 roku.

Efektem ubocznym złożoności projektu było to, że procesor nie zmieścił się na jednym chipie. 68030, wydany rok wcześniej, miał 273 000 tranzystorów, w tym jednostkę arytmetyczno-logiczną (ALU) i jednostkę zarządzania pamięcią (MMU) na jednym chipie, z opcjonalną jednostką zmiennoprzecinkową (FPU) jako oddzielnym chipem. W przeciwieństwie do tego 88000 zapakowało ALU i FPU razem na 750 000 tranzystora MC88100 oraz jednostkę zarządzania pamięcią (MMU) i 16 kB statycznej pamięci podręcznej RAM w 750 000 tranzystorowym MC88200. W przeciwieństwie do 68030, w którym FPU była naprawdę opcjonalna, praktyczny system 88000 nie mógł zostać zbudowany bez MC88200. Systemy mogą zawierać więcej niż jedno urządzenie MC88200, wytwarzające większe pamięci podręczne i umożliwiające wiele ścieżek do pamięci głównej w celu zwiększenia wydajności.

Skierowany na high-end na rynku, w momencie premiery był uważany za najszybszy 32-bitowy procesor na świecie. Pracując z częstotliwością 20 MHz, osiągnął 34 000 dkrystonów lub 17  VUPS , w porównaniu z około 12 MIPS dla 12,5 MHz SPARC tego samego rocznika w stacji SPARC . Był również dostępny jako część 25 MHz przy 21 MIPS, 48 387 dkrystonów.

W tym czasie Motorola sprzedawała 88000 wyłącznie na rynek high-end, w tym „sztuczna inteligencja telekomunikacyjna, grafika, animacja trójwymiarowa, symulacja, przetwarzanie równoległe i superkomputery”, podczas gdy sugerowali, że istniejąca seria 68k będzie nadal używany na rynku stacji roboczych. Zamiast tego większość potencjalnych klientów zignorowała 88000, a system był mało przydatny.

Ponowne wydanie

Ponieważ pierwotna wersja nie miała zastosowania poza własnymi produktami Motoroli, a ci tradycyjni klienci zaczęli przechodzić na inne projekty RISC, firma ponownie wprowadziła projekt w formie jednoukładowej, MC88110. Pod koniec lat 80. kilka firm aktywnie badało serię 88000 pod kątem przyszłego wykorzystania, w tym NeXT , Apple Computer i Apollo Computer , ale wszystkie zrezygnowały z projektowania, zanim 88110 był ostatecznie dostępny w 1990 roku.

Podjęto próbę spopularyzowania systemu z grupą 88open , podobną do tej, którą usiłował Sun Microsystems w projekcie SPARC . Wydaje się, że zawiodło w jakimkolwiek praktycznym sensie.

Porzucenie

Na początku lat 90-tych Motorola dołączyła do AIM , aby stworzyć nową architekturę RISC opartą na architekturze IBM POWER . Wprowadzili kilka funkcji 88000 do nowej architektury PowerPC, aby zaoferować swoim klientom jakąś ścieżkę modernizacji. W tym momencie 88000 został zrzucony tak szybko, jak to możliwe.

Architektura

Podobnie jak 68000 wcześniej, model 88000 był uważany za bardzo „czysty” projekt. Była to czysta 32-bitowa architektura ładowania / przechowywania, wykorzystująca oddzielne pamięci podręczne instrukcji i danych ( architektura Harvard ) oraz oddzielne magistrale danych i adresów. Miał mały, ale potężny zestaw poleceń i, podobnie jak wszystkie procesory Motoroli, nie wykorzystywał segmentacji pamięci.

Głównym błędem architektonicznym było to, że zarówno instrukcje liczb całkowitych, jak i instrukcje zmiennoprzecinkowe korzystały z tego samego pliku rejestru . Wymagało to, aby pojedynczy plik rejestrowy miał wystarczającą liczbę portów odczytu i zapisu do obsługi zarówno jednostki wykonawczej liczb całkowitych, jak i jednostki zmiennoprzecinkowej. Połączenia dla każdego portu stanowią dodatkowe obciążenie pojemnościowe, które musi być napędzane przez komórkę pamięci rejestru. Utrudniało to tworzenie superskalarnych implementacji o wysokiej częstotliwości.

Wdrożenia

Procesor Motorola 88100 RISC

Pierwszą implementacją 88000 ISA był mikroprocesor MC88100 , który zawierał zintegrowaną jednostkę FPU . Połączony z tym był MC88200 MMU i kontroler pamięci podręcznej . Ideą tego podziału obowiązków było umożliwienie łatwiejszego budowania systemów wieloprocesorowych ; jedno urządzenie MC88200 może obsługiwać do czterech MC88100. Oznaczało to jednak również, że zbudowanie najbardziej podstawowego systemu z pojedynczym procesorem wymagało zarówno chipów, jak i znacznego okablowania między nimi, co zwiększyło koszty. Prawdopodobnie był to kolejny główny powód ograniczonego sukcesu 88000.

Procesor Motorola 88110 RISC

Zostało to później rozwiązane przez superskalarny MC88110 , który połączył procesor, FPU, MMU i pamięć podręczną L1 w jeden pakiet. Dodatkowa modyfikacja, dokonana na zlecenie projektu * T MIT , zaowocowała MC88110MP, obejmującym komunikację na chipie do użytku w systemach wieloprocesorowych. Wersja zdolna do prędkości do 100 MHz była planowana jako MC88120, ale nigdy nie została zbudowana.

We wczesnych latach 90. opracowywano implementację aplikacji wbudowanych, MC88300, ale ostatecznie ją anulowano. Ford Motor Company planował wykorzystać chipy, więc zaoferowano im projekt PowerPC jako zamiennik, który zaakceptowali.

Produkty i aplikacje

MVME-197LE

Motorola wypuściła serię komputerów jednopłytkowych , znanych jako seria MVME , do budowy systemów „po wyjęciu z pudełka” opartych na 88000, a także komputery z serii 900, które można układać w stosy, wykorzystujące te płyty MVME. W przeciwieństwie do systemów wieżowych lub do montażu w szafie , seria 900 znajdowała się jeden na drugim i była połączona ze sobą okablowaniem podobnym do magistrali. Ta koncepcja nigdy się nie przyjęła.

Główni użytkownicy zewnętrzni byli ograniczeni. Jedynym powszechnym zastosowaniem byłoby seria Data General AViiON . Były one dość popularne i nadal są w ograniczonym użyciu. W przypadku późniejszych modeli DG przeniosła się do Intela. Firma Encore Computer zbudowała swoją maszynę Encore-91 na m88k, a następnie wprowadziła całkowicie od podstaw przeprojektowaną serię Infinity 90, ale nie jest jasne, ile z tych maszyn zostało sprzedanych. Encore przeniósł się do Alfy .

GEC Computers użył MC88100 do zbudowania GEC 4310, jednego z komputerów z serii GEC 4000 , ale problemy z zarządzaniem pamięcią oznaczały, że nie działał on tak dobrze, jak ich wcześniejsze komputery z serii GEC 4000 oparte na macierzy bramek i Am2900 . Model BBN Butterfly TC-2000 wykorzystywał procesor MC88100 i skalował do 512 procesorów. Linotype-Hell użyło 88110 w swoich stacjach roboczych „Power”, na których uruchomiono edytor grafiki rastrowej DaVinci do obróbki obrazu.

MC88110 zrobiliśmy to w niektórych wersjach jest nigdy wydany NeXT maszyny, NeXT RISC Workstation , ale projekt został odwołany wraz ze wszystkimi projektów sprzętowych następny w 1993 roku 4-procesor OMRON LUNA-88K maszyny z Japonii używane m88k, i były używany przez krótki czas w projekcie jądra Mach na Carnegie Mellon University . We wczesnych latach 90-tych firma Northern Telecom używała MC88100 i MC88110 jako centralnego procesora w rodzinie przełączników telefonicznych DMS SuperNode.

Większość innych użytkowników była znacznie mniejsza. Alpha Microsystems pierwotnie planowała migrację do architektury 88K z Motoroli 68000 i wewnętrznie stworzyła wokół niego maszynę z systemem UNIX System V , ale później została ona zarzucona na rzecz późniejszych pochodnych 68K. NCD używał 88100 (bez 88200) w swoich 88K X-Terminals . Dolphin Server, spin-off umierających serwerów Norsk Data zbudowanych w oparciu o 88k. Około 100 systemów zostało wysłanych w latach 1988-1992.

Firma Virtuality wykorzystała MC88110 w maszynie zręcznościowej rzeczywistości wirtualnej SU2000 jako procesor graficzny, z jednym MC88110 na ekran każdego zestawu słuchawkowego do rzeczywistości wirtualnej .

We wbudowanej przestrzeni komputerowej „trójkanałowy komputer VMS” w F-15 S / MTD wykorzystywał trzy 88000 w potrójnie nadmiarowym komputerze.

Wsparcie systemu operacyjnego

Motorola wypuściła własną pochodną UNIX System V , System V / 88, dla swoich systemów opartych na 88000. Były dwa główne wydania: wydanie 3.2 wersja 3 i wydanie 4.0 wersja 3. Dane Ogólne Systemy AViiON działały pod kontrolą DG / UX . Istnieją porty OpenBSD dla systemów MVME, stacji roboczych LUNA-88K i systemów Data General AViiON. Co najmniej jeden nieoficjalny eksperymentalny port NetBSD istnieje dla systemów MVME.

Uwagi

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia

Linki zewnętrzne