Prozessoren - Motorola MC 68020

Noch schnellerer Rechenknecht

Dieser Prozessor erschien 1984 und seine Leistungsdaten waren für die damalige Zeit revolutionär. Er besitzt alle Fähigkeiten seiner Vorgänger (MC68000 und MC68010), hat eine Standardtaktfrequenz von 16 Mhz (es gibt auch 12 und 20 Mhz-Versionen), besitzt einen 32-Bit Daten- und Adressbus, wodurch er 4 GByte adressieren kann, und ist durch einen internen Cache (256 Bytes Instruktions-Cache) und eine Befehlsoptimierung erheblich schneller als sein Vorgänger. Der 68000er braucht für einen Befehl mindestens 4 Taktzyklen, beim MC68020 werden nur noch mindestens 3 Zyklen benötigt.

Ab dieser Version finden wir auch das Dynamic Bus Sizing (bei Intel erst ab i486), wodurch sich der Speicher dynamisch an die Busgröße anpassen lässt. Der Prozessor kann die Daten dabei Byte-, Word- oder Longwordweise über den Bus transportieren. Dabei werden die Daten in Bytes zerlegt und nacheinander über den Datenbus geschoben.

Der MC68020 hat eine 3 Stufen-Befehls-Pipeline (Prefetch-Queue). Dies bedeutet, während ein Befehl abgearbeitet wird, werden schon die nächsten zwei Words geholt, bedingt durch die optimale 32-Bit-Datenbusausnutzung. Dies geschieht in Stufen. In der letzten Stufe wird der Befehl dekodiert und dementsprechend mit dem nächsten Words verfahren (entweder Daten für Befehl oder neuer Befehl). Handelt es sich nicht um einen Maschinenbefehl, so wird eine Exception ausgelöst. Beim Prefetch-Queue werden die Daten (Words) durch die Stufen geschoben, analysiert und entsprechend bearbeitet.

Viele Befehle wurden optimiert, vor allem die Multiplikation- und Divisionsbefehle. Ein Barrel-Shifter sorgt für das Rotieren der Bits bei Schiebe und Rotationsbefehlen ohne Zeitverlust (bis zu 32 Positionen in einem Taktzyklus.) Die wichtigsten Elemente für die Bearbeitung eines Maschinenbefehls (Bus- u. allgemeines Steuerwerk sowie Rechenwerk) können ab dem MC68020 alle unabhängig voneinander arbeiten. Kontrolliert wird alles über die Ablaufsteuerung.

Neu ist auch eine eingebautes Koprozessorschnittstelle, welches ermöglicht, bis zu acht Coprozessoren an die CPU anzubinden. Diese verfügen über einen eigenen Befehlssatz, der direkt in den normalen Maschinencode eingefügt werden kann.

Seit dem MC68020 brauchen Befehle, Word- u. Longworddaten nicht mehr auf geraden Adressen zu beginnen. Jedoch sollte unbedingt darauf geachtet werden, dass dem doch so ist, erstens zwecks Kompatibilität zum MC68000 und zweitens aus Performancegründen.

Die abgespeckte Version MC68EC020 (verbaut im Amiga 1200) besitzt einen Adreßbus mit 24 bit Breite statt den 32 Bit der Normalversion. So kann maximal nur 16 MByte Speicher adressiert werden.