Motorola 68000

Tasarım, 32 bitlik register ve 32 bit dahili veri yolu ile 32 bitlik bir komut seti uygular. Adres veriyolu 24 bittir ve bellek bölümlemesini kullanmaz, bu da onu programcılar arasında popüler hale getirir. Dahili olarak, 16 bitlik bir veri aritmetik mantık birimi (ALU) ve çoğunlukla adresler için kullanılan iki tane daha 16 bitlik ALU kullanır ve 16 bitlik bir harici veri yoluna sahiptir. Bu nedenle Motorola, bunu 16/32 bit işlemci olarak adlandırdı.

32-bit komut setine sahip ilk yaygın işlemcilerden biri olan ve dönem için nispeten yüksek hızlarda çalışan 68k, 1980'lerde popüler bir tasarımdı. Apple Macintosh, Commodore Amiga, Atari ST ve diğerleri dahil olmak üzere grafik kullanıcı arayüzlerine sahip yeni nesil kişisel bilgisayarlarda yaygın olarak kullanıldı. Başlangıçta, kolayca üstün performans gösterdiği IBM Kişisel Bilgisayarında (IBM PC) bulunan Intel 8088 ile rekabet etti. 68k ve 8088, Zilog Z8000 ve National Semiconductor 32016 gibi diğer tasarımları niş pazarlara itti ve Motorola'yı işlemci alanında önemli bir oyuncu haline getirdi.

68k, kısa sürede daha fazla aile üyesiyle genişletildi ve büyüyen Motorola 68000 serisinin bir parçası olarak tam 32 bit ALU'lar uygulandı. Orijinal 68k, 16 bit genişliğinde bir harici veri yolu ile sınırlı olmasına rağmen, genellikle hattın geri kalanıyla ileriye dönük olarak yazılım uyumludur. Üretimde geçen 40 yılın ardından 68000 mimarisi hala kullanılıyor.

Motorola'nın yaygın olarak üretilen ilk işlemcisi Motorola 6800'dü. Yetenekli bir tasarım olmasına rağmen, Zilog Z80 gibi daha güçlü tasarımlar ve MOS Technology 6502 (MOS 6502) gibi daha az güçlü ancak daha hızlı tasarımlarla gölgede kaldı. 6800'ün satış beklentileri azalırken, Motorola onun yerine yeni bir tasarım başlattı. Bu, 1976'da başlayan Silikon üzerinde Motorola Gelişmiş Bilgisayar Sistemi veya MACSS oldu.

MACSS, 6800 ile geriye dönük uyumluluk olmadan tamamen yeni bir mimari geliştirmeyi amaçladı. Nihayetinde, mevcut 6800 çevre aygıtları için bir veri yolu protokolü uyumluluk modunu korur ve 8 bitlik veri yoluna sahip bir sürüm üretilmiştir. Bununla birlikte, tasarımcılar esas olarak geleceğe veya ileriye dönük uyumluluğa odaklandılar, bu da 68000 tasarımına sonraki 32 bit komut seti mimarilerine (ISA) karşı bir avantaj sağlıyor. Örneğin, CPU register sayısı 32 bit genişliğindedir. MACSS ekibi, benzer şekilde mikro kod tabanlı olan PDP-11 ve VAX sistemleri gibi mini bilgisayar işlemci tasarımının etkisinden büyük ölçüde yararlandı.

Resmi olarak Eylül 1979'da piyasaya sürülen ilk numuneler Şubat 1980'de piyasaya sürüldü ve üretim çipleri Kasım ayında tezgahta mevcuttu. İlk hız dereceleri 4, 6 ve 8 MHz idi. 10 MHz çipleri 1981'de satışa sunuldu  ve  Haziran 1982'de 12.5 MHz çipleri.  Orijinal HMOS çipinin en hızlı versiyonu olan MC68000'in 16.67 MHz hızındaki "12F" versiyonu 1980'lerin sonlarına kadar üretilmemiştir.

IBM, IBM PC için 68000'i düşündü, ancak 68000 hazır olmadığı için Intel 8088'i seçti; Walden C. Rhines, "Üstün teknolojisi ile Motorola, son 50 yılın en önemli tasarım yarışmasını kaybetti" diye yazdı. (IBM Instruments, 68000 tabanlı IBM System 9000 laboratuvar bilgisayar sistemlerini kısa bir süre sattı. 68k komut seti Unix'i uygulamak için özellikle uygundur ve 68000 ve onun halefleri, Sun iş istasyonları ve Apollo / Domain iş istasyonları dahil olmak üzere Unix tabanlı iş istasyonları için baskın CPU'lar haline geldi. 68000 ayrıca Apple Lisa, Macintosh, Amiga ve Atari ST gibi toplu pazar bilgisayarları için de kullanılır.

1982'de 68000, sanal belleği desteklemek ve Popek ve Goldberg sanallaştırma gereksinimlerine uymak için komut seti mimarisinde (ISA) küçük bir güncelleme aldı. Güncellenen çip 68010 olarak adlandırılmaktadır. Ayrıca, küçük döngüleri hızlandıran ve aynı saat hızlarında genel performansı yaklaşık% 10 artıran yeni bir "döngü modu" eklendi.

Düşük maliyetli sistemleri desteklemek ve daha küçük bellek boyutlarına sahip uygulamaları kontrol etmek için Motorola, yine 1982'de 8 bit uyumlu MC68008'i piyasaya sürdü . Bu, 8 bit veri yolu ve daha küçük (20 bit) adres yolu olan bir 68000'dir. 1982'den sonra Motorola, 68020 ve 88000 projelerine daha fazla ilgi gösterdi.

Diğer birkaç şirket, HMOS 68000'in ikinci kaynak üreticileriydi. Bunlar arasında özellik boyutunu 2,7 µm 'ye düşüren Hitachi (HD68000) vardı. 12,5 MHz sürümlü, Mostek (MK68000), Rockwell (R68000), Signetics (SCN68000), Thomson / SGS-Thomson (orijinal olarak EF68000 ve sonrası TS68000) ve Toshiba (TMP68000). Toshiba ayrıca CMOS 68HC000'in (TMP68HC000) ikinci bir kaynak üreticisiydi.

Hitachi FD1089 ve FD1094 olmak üzere 68000'in şifrelenmiş varyantları, pil destekli bellekte işlem kodları ve işlem kodu verileri için şifre çözme anahtarlarını depolar ve korsanlığı ve yasadışı oyun kaçakçılığını önlemek için belirli Sega arcade sistemlerinde kullanılmıştır.

68000'in ilk CMOS versiyonu olan 68HC000, Hitachi tarafından tasarlandı ve ortaklaşa 1985 yılında tanıtıldı. Motorola'nın versiyonu MC68HC000, Hitachi'nin versiyonu ise HD68HC000 idi. 68HC000 sonunda 8–20 MHz hızlarda sunuldu. CMOS devresini kullanmanın dışında, HMOS MC68000 ile aynı özelliklere sahipti ancak CMOS'a geçiş güç tüketimini büyük ölçüde azalttı. Orijinal HMOS MC68000, saat hızından bağımsız olarak  25 derece ortam sıcaklığında 1.35 watt güç tüketmekteydi. MC68HC000 ise 8 MHz hızda yalnızca 0,13 watt tüketirken 20 MHz hızda 0.38 watt güç tüketmekteydi. CMOS devrelerinin aksine, HMOS boştayken hala güç çeker, bu nedenle güç tüketimi saat hızına göre çok az değişir. Apple, Macintosh Portable'da kullanım için 68HC000'i seçmiştir.