Motorola 88000 - Motorola 88000

M88000
Designer Motorola
Bits 32-Bit
Eingeführt 1988
Design RISC
Art Register-Register
Codierung Fest
Verzweigung Vergleichen und verzweigen
Endianness Bi
Erweiterungen Grafische Anweisungen (nur 88110)
Öffnen Nein
Register
Allgemeiner Zweck 32 32-Bit
Gleitkomma 32 80-Bit (nur 88110)

Der 88000 (kurz m88k ) ist eine RISC- Befehlssatzarchitektur (ISA), die in den 1980er Jahren von Motorola entwickelt wurde . Der MC88100 kam 1988 auf den Markt, etwa zwei Jahre nach dem Wettbewerb zwischen SPARC und MIPS . Aufgrund des späten Starts und der erheblichen Verzögerungen bei der Veröffentlichung des MC88110 der zweiten Generation erzielte der m88k außerhalb der MVME- Plattform und der eingebetteten Controller-Umgebungen nur sehr begrenzte Erfolge . Als Motorola 1991 der AIM-Allianz beitrat , um den PowerPC zu entwickeln , endete die Weiterentwicklung des 88000.

Geschichte

Hintergrund

Motorola trat in den 1980er Jahren in einer Position der Stärke ein; Das kürzlich eingeführte Motorola 68000 übertraf jeden anderen Mikroprozessor auf dem Markt deutlich und seine 32-Bit-Architektur war natürlich für den aufstrebenden Unix-Workstation- Markt geeignet . Intel bewegte sich nicht aggressiv in den 32-Bit-Bereich, und die Unternehmen, insbesondere National Semiconductor , verpfuschten ihre Veröffentlichungen und überließen Motorola die Kontrolle über alles, was nicht Intel war . Zu dieser Zeit hielt Intel etwa 80% des gesamten Computermarktes, während Motorola 90% des restlichen Marktes kontrollierte.

Dazu kam die Einführung des RISC-Konzepts in den frühen 1980er Jahren. Zunächst gab es in der Branche eine intensive Debatte darüber, ob das Konzept tatsächlich die Leistung verbessern würde oder ob seine längeren Maschinensprachenprogramme die Ausführung durch zusätzliche Speicherzugriffe tatsächlich verlangsamen würden. Alle diese Debatten wurden Mitte der 1980er Jahre beendet, als die ersten RISC-basierten Arbeitsplätze entstanden. Der neueste Sun-3/80 mit einem 20-MHz- Motorola 68030 lieferte etwa 3 MIPS, während der erste SPARC-basierte Sun-4/260 mit einem 16-MHz-SPARC 10 MIPS lieferte. Hewlett-Packard , DEC und andere große Anbieter begannen, auf RISC-Plattformen umzusteigen.

Diese Marktverschiebung hatte das Potenzial, Motorola aus einer seiner einzigen Hochburgen herauszusperren und zu einer seiner lukrativsten zu zählen. Apple blieb der einzige große Anbieter des Unternehmens außerhalb des Workstation-Bereichs. Andere Benutzer des 68000, insbesondere Atari und Commodore International , waren in einem Markt, der sich schnell auf den PC-Klon standardisierte, ins Wanken geraten .

Motorolas Ansatz

RISC - Designs waren eine bewusste Anstrengung zu schneidern der Prozessor auf die Arten von Operationen durch die aufgerufen wird Compiler auf dieser Plattform, im Falle von Unix Workstations, die C - Programmiersprache . Das wegweisende IBM 801- Projekt hatte festgestellt, dass Compiler im Allgemeinen nicht die überwiegende Mehrheit der ihnen zur Verfügung stehenden Anweisungen verwendeten und stattdessen die einfachste Version der Anweisungen verwendeten, häufig weil diese die schnellste Leistung erbrachten. Durch das Entfernen dieser nicht verwendeten Anweisungen aus der CPU wurde viel Platz auf dem Chip frei. Dies gab Raum, um die Anzahl der Prozessorregister zu erhöhen , was einen weitaus größeren Einfluss auf die Leistung hatte als Sonderfallanweisungen. Aus diesem Grund kann gesagt werden, dass das RISC-Konzept vom realen Design von Compilern angetrieben wird.

Im Gegensatz dazu hat Motorola diesen Ansatz ignoriert und ein völlig neues Konzept entwickelt, das nicht auf dem Compiler-Design basiert. Die Idee war, dass sie nicht versuchen würden, mit der ständig wachsenden Liste ähnlicher RISC-Designs auf dem Markt zu konkurrieren, sondern den leistungsstärksten Prozessor der Welt produzieren würden. Zu diesem Zweck nahmen sie Konstruktionsnotizen von einem der schnellsten Computer der Ära, dem CDC Cyber- Supercomputer , und verwendeten insbesondere das Konzept einer Anzeigetafel , die wie in den CDC-Maschinen zur Unterstützung des Anweisungsversands, aber auch als Möglichkeit zur Verbesserung der Leistung von Unterprogrammaufrufen .

Ein weiteres Merkmal des neuen Designs war die integrierte Unterstützung für spezialisierte Co-Prozessoren. Zusätzlich zu den sofort unterstützten internen Befehlen wurden eine Reihe von Blöcken mit 256 Anweisungen beiseite gelegt, die von Co-Prozessoren verwendet werden können. Dies richtete sich an Designer, die das System anpassen wollten. Neue Funktionseinheiten könnten hinzugefügt werden, ohne die vorhandene Befehlssatzarchitektur zu beeinträchtigen , wodurch die Softwarekompatibilität für die Hauptfunktionalität sichergestellt wird.

Veröffentlichung

Bis 1987 war allgemein bekannt, dass Motorola einen eigenen RISC-Prozessor entwickelte. Von der Computerindustrie als "78000" bezeichnet, eine Hommage an die frühere 68000, wurde sie bei ihrer Veröffentlichung im April 1988 zur 88000.

Als Nebeneffekt der Komplexität des Designs passte die CPU nicht auf einen einzelnen Chip. Der im Jahr zuvor veröffentlichte 68030 verfügte über 273.000 Transistoren, einschließlich der arithmetischen Logikeinheit (ALU) und der Speicherverwaltungseinheit (MMU) auf einem einzelnen Chip, wobei die optionale Gleitkommaeinheit (FPU) als separater Chip diente. Im Gegensatz dazu verpackte der 88000 die ALU und die FPU zusammen auf dem 750.000-Transistor MC88100 und die Speicherverwaltungseinheit (MMU) und den statischen 16-kB- RAM- Cache im 750.000-Transistor MC88200. Im Gegensatz zum 68030, bei dem die FPU wirklich optional war, konnte ein praktisches 88000-System ohne einen MC88200 nicht gebaut werden. Systeme können mehr als einen MC88200 enthalten, wodurch größere Caches erzeugt werden und mehrere Pfade zum Hauptspeicher für eine verbesserte Leistung zugelassen werden.

Es war auf den High-End-Markt ausgerichtet und galt bei seiner Veröffentlichung als der schnellste 32-Bit-Prozessor der Welt. Mit 20 MHz erreichte es 34.000 Dhrystones oder 17  VUPS , verglichen mit etwa 12 MIPS für einen 12,5-MHz- SPARC des gleichen Jahrgangs in der SPARCstation . Es war auch als 25-MHz-Teil bei 21 MIPS, 48.387 Dhrystones erhältlich.

Zu dieser Zeit vermarktete Motorola den 88000 ausschließlich an das High-End-Marktsegment, einschließlich "künstlicher Telekommunikationsintelligenz, Grafik, dreidimensionale Animation, Simulation, Parallelverarbeitung und Supercomputer", während die bestehende 68k-Serie weiterhin angeboten wurde auf dem Workstation-Markt eingesetzt. Stattdessen ignorierten die meisten potenziellen Kunden den 88000, und das System wurde kaum genutzt.

Erneut freigeben

Da die ursprüngliche Version außerhalb der eigenen Produkte von Motorola so gut wie keine Verwendung fand und diese traditionellen Kunden anfingen, auf andere RISC-Designs umzusteigen, brachte das Unternehmen das Design in einer Single-Chip-Form, dem MC88110, neu auf den Markt. In den späten 1980er Jahren untersuchten mehrere Unternehmen die 88000-Serie aktiv für die zukünftige Verwendung, darunter NeXT , Apple Computer und Apollo Computer , aber alle hatten das Design aufgegeben, als der 88110 1990 endlich verfügbar war.

Es wurde versucht, das System mit der 88open- Gruppe bekannt zu machen, ähnlich wie es Sun Microsystems mit ihrem SPARC- Design versuchte . Es scheint in praktischer Hinsicht gescheitert zu sein.

Aufgabe

Anfang der neunziger Jahre schloss sich Motorola den Bemühungen von AIM an, eine neue RISC-Architektur zu erstellen, die auf der IBM POWER- Architektur basiert . Sie haben einige Funktionen des 88000 in die neue PowerPC- Architektur integriert, um ihrem Kundenstamm eine Art Upgrade-Pfad anzubieten. Zu diesem Zeitpunkt wurde der 88000 so schnell wie möglich abgeladen.

Die Architektur

Wie der 68000 zuvor wurde der 88000 als sehr "sauberes" Design angesehen. Es war eine reine 32-Bit-Lade- / Speicherarchitektur, die separate Befehls- und Datencaches ( Harvard-Architektur ) sowie separate Daten- und Adressbusse verwendete. Es hatte einen kleinen, aber leistungsstarken Befehlssatz und verwendete wie alle Motorola-CPUs keine Speichersegmentierung.

Ein schwerwiegender architektonischer Fehler bestand darin, dass sowohl Ganzzahlbefehle als auch Gleitkommabefehle dieselbe Registerdatei verwendeten . Dies erforderte, dass die Einzelregisterdatei über ausreichende Lese- und Schreibports verfügte, um sowohl die Ganzzahlausführungseinheit als auch die Gleitkommaeinheit zu unterstützen. Die Verbindungen für jeden Port sind eine zusätzliche kapazitive Last, die von der Registerspeicherzelle angesteuert werden muss. Dies machte es schwieriger, superskalare Hochfrequenzimplementierungen zu erstellen.

Implementierungen

Motorola 88100 RISC-CPU

Die erste Implementierung des 88000 ISA war der Mikroprozessor MC88100 , der eine integrierte FPU enthielt . Dazu gehörten die MMU und der Cache- Controller MC88200 . Die Idee hinter dieser Aufgabenteilung war es, Multiprozessorsysteme einfacher bauen zu können; Ein einzelner MC88200 kann bis zu vier MC88100 unterstützen. Dies bedeutete jedoch auch, dass für den Aufbau des grundlegendsten Systems mit einem einzigen Prozessor sowohl Chips als auch eine erhebliche Verkabelung erforderlich waren, was die Kosten in die Höhe trieb. Dies war wahrscheinlich ein weiterer wichtiger Grund für den begrenzten Erfolg des 88000.

Motorola 88110 RISC-CPU

Dies wurde später vom superskalaren MC88110 behoben , der den CPU-, FPU-, MMU- und L1-Cache in einem einzigen Paket kombinierte . Eine zusätzliche Modifikation, die im Auftrag des * T-Projekts des MIT vorgenommen wurde , führte zum MC88110MP, einschließlich On-Chip-Kommunikation zur Verwendung in Multiprozessorsystemen. Als MC88120 war eine Version mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 MHz geplant, die jedoch nie gebaut wurde.

Eine Implementierung für eingebettete Anwendungen, der MC88300, befand sich Anfang der neunziger Jahre in der Entwicklung, wurde jedoch schließlich eingestellt. Die Ford Motor Company hatte geplant, die Chips zu verwenden, daher wurde ihnen ein PowerPC-Design als Ersatz angeboten, das sie akzeptierten.

Produkte und Anwendungen

MVME-197LE

Motorola hat eine Reihe von Einplatinencomputern herausgebracht , die als MVME- Serie bekannt sind, um "out of the box" -Systeme auf der Basis des 88000 zu bauen, sowie die stapelbaren Computer der Serie 900, die diese MVME-Karten verwenden. Im Gegensatz zu Tower- oder Rack-Montagesystemen saß die Serie 900 übereinander und war über busähnliche Kabel miteinander verbunden. Das Konzept hat sich nie durchgesetzt.

Wichtige Benutzer von Drittanbietern waren begrenzt. Die einzige weit verbreitete Verwendung wäre die Data General AViiON- Serie. Diese waren ziemlich beliebt und werden heute nur noch begrenzt verwendet. Für spätere Modelle wechselte DG zu Intel. Encore Computer baute seine Encore-91-Maschine auf dem m88k und führte dann eine völlig grundlegende Neugestaltung der Infinity 90-Serie ein. Es ist jedoch unklar, wie viele dieser Maschinen verkauft wurden. Encore wechselte zum Alpha .

GEC Computers verwendete den MC88100, um den GEC 4310, einen der Computer der GEC 4000-Serie , zu bauen. Aufgrund von Problemen mit der Speicherverwaltung war die Leistung jedoch nicht so gut wie bei früheren Computern auf Gate-Array- und Am2900- Basis der GEC 4000-Serie. Das BBN Butterfly- Modell TC-2000 verwendete den MC88100-Prozessor und skalierte auf 512 CPUs. Linotype-Hell verwendete den 88110 in seinen "Power" -Workstationen, auf denen der DaVinci- Raster-Grafikeditor für die Bildbearbeitung ausgeführt wurde.

Der MC88110 schaffte es in einige Versionen einer nie veröffentlichten NeXT- Maschine, der NeXT RISC Workstation , aber das Projekt wurde 1993 zusammen mit allen NeXT-Hardwareprojekten abgebrochen. Die 4-Prozessor- OMRON LUNA-88K-Maschinen aus Japan verwendeten die m88k und waren es auch für kurze Zeit im Mach-Kernel- Projekt der Carnegie Mellon University verwendet . In den frühen neunziger Jahren verwendete Northern Telecom den MC88100 und den MC88110 als Zentralprozessor in seiner DMS SuperNode-Familie von Telefonschaltern.

Die meisten anderen Benutzer waren viel kleiner. Alpha Microsystems plante ursprünglich die Migration von Motorola 68000 auf die 88K-Architektur und erstellte intern einen Computer mit UNIX System V , der jedoch später zugunsten späterer 68K-Derivate verschrottet wurde. NCD verwendete den 88100 (ohne den 88200) in seinen 88K X-Terminals . Dolphin Server, ein Spin-off der sterbenden Norsk Data- Server, basiert auf dem 88k. In den Jahren 1988-1992 wurden rund 100 Systeme ausgeliefert.

Virtuality verwendete den MC88110 in der Virtual-Reality-Arcade-Maschine SU2000 als Grafikprozessor mit einem MC88110 pro Bildschirm jedes Virtual-Reality-Headsets .

Im eingebetteten Computerraum verwendete der "Tri-Channel-VMS-Computer" im F-15 S / MTD drei 88000 in einem dreifach redundanten Computer.

Betriebssystemunterstützung

Motorola hat sein eigenes UNIX-System V- Derivat, System V / 88, für seine 88000-basierten Systeme veröffentlicht. Es gab zwei Hauptversionen: Release 3.2 Version 3 und Release 4.0 Version 3. Daten Allgemein Auf AViiON-Systemen wurde DG / UX ausgeführt . OpenBSD- Ports sind für die MVME-Systeme, LUNA-88K-Workstations und Data General AViiON-Systeme vorhanden. Für die MVME-Systeme ist mindestens ein inoffizieller experimenteller NetBSD- Port vorhanden.

Anmerkungen

Verweise

Zitate

Literaturverzeichnis

Externe Links