In den Würfelmacs wurden Motorolas 68000- und 68030-Prozessoren verbaut, in anderen Mac-Baureihen auch die 68020 und 68040. Welche Unterschiede findet man zwischen diesen Prozessoren?
MC68000 · MC68010 · MC68020 · MC68030 · MC68040 · MC68060 · FPU · Kurzformeln · Verweise
| CPU | MHz | MIPS |
|---|---|---|
| 68000 | 8 | ~ 1 |
| 68030 | 16 | ~ 5 |
| 68040 | 33 | ~ 36 |
| 68060 | 75 | ~ 110 |
| MIPS: Millionen Instruktionen pro Sekunde. | ||
Motorola brachte 1979 den MC68000 heraus - ein wegweisender 16/32-Bit-Prozessor. Der Kern bietet bereits komplett 32-bittige Register (acht Datenregister, acht Adressregister), nur nach außen bietet der 68000 »nur« einen 24-Bit-Adressraum. Immerhin reicht das für 16 MB adressierbaren Speicher. Apple setzte den Prozessor 1983 erstmals in der Lisa ein - mit 5 MHz getaktet. Nur ein Jahr später kam der Macintosh auf den Markt, mit einem 68000 mit 8 MHz und schnellerem Arbeitsspeicher-Zugriff.
Der 68000 bietet nicht nur ein gutes Design und ist elegant zu programmieren, er ist für seine Zeit auch schnell. Die Leistung ist zwischen dem Intel 8086 und 80286 einzuordnen; bei 8 MHz bringt der 68000 etwa 1 MIPS. Lange sollte das beim Mac das Maß der Dinge sein, erst drei Jahre darauf, 1987, gab es Macs mit dem Nachfolgerprozessor 68020.
Von Motorola ausgeliefert wurden Modelle von 8 MHz bis 20 MHz.
Apple hat den 68000er zwar in vielen Modellen, dafür aber nur in zwei Varianten verbaut: Der Mac 128k, 512k, 512ke, Plus, SE, Classic beherbergen ihn mit 8 MHz, der Portable und das PowerBook 100 mit 16 MHz.
| Motorola 68000, 8 MHz | Intel 8088, 4,77 MHz | |
|---|---|---|
| MIPS | 1,0 | 0,4 |
| Adressierbarer Speicher | 16 MB | 1 MB |
| Linear adressierbar | 16 MB | 0,0625 MB |
| Datenregister | 8 Stk. à 32 Bit | 8 Stk. à 16 Bit |
| Datenbusbreite (Bit) | 16 | 8 |
| Leistungsaufnahme | 0,13 W | . |
| Veröffentlichung | 1979 | 1979 |
| Typ. Einsatz bis | 1991 | 1988 |
Der 68010 ist die Weiterentwicklung des Motorola-68000-Mikroprozessors. Der zum MC68000 pinkompatible MC68010 behebt einige Fehler des MC68000 und ist durch interne Optimierungen 5 bis 10% schneller. Er verfügt zudem noch über zwei neue Register und kann durch getrennte User- und Supervisormodi auch virtuellen Speicher verwalten. Die verfügbaren Taktraten betragen 8 bis 20 MHz.
Apple hat den 68010 nie in Macs verbaut, wohl weil die Vorteile den höheren Preis nicht aufgewogen haben.
Motorola stellte 1984 den 68020 vor, ein weiterer Meilenstein. Neben einer vollen 32-Bit-Außenanbindung für 4 GB Adreßraum und einem stark erweiterten Befehlssatz wurden auch 256 Bytes Befehlscache hinzugefügt. Außerdem kann dem MC68020 ein externer Coprozessor (MC68851) als PMMU (programmable memory management unit) dienen - so ist eine virtuelle Speicherverwaltung für Betriebssysteme leicht umsetzbar. Der 68020 (auch 020, Null-Zwanzig, genannt) bietet bei gleicher Taktfrequenz etwa doppelt so viel Leistung wie der 68000, war jedoch in deutlich höheren Frequenzen lieferbar. Der 68020 ist mit niedriger getakteten Intel 80386 zu vergleichen und wurde mit 16, 20, 25 und 33 MHz ausgeliefert. Bei 33 MHz bringt der 68020 etwa 10 MIPS.
Bei Apple kam der 68020 nur im Mac II (ab 1987) und im Mac LC mit je 16 MHz zum Einsatz. Beim Mac II kann man die PMMU MC68851 nachrüsten, um A/UX oder ein anderes Unix starten zu können oder in den Genuß der virtuellen Speicherverwaltung von System 7 zu kommen.
Der 68020 wurde auch gerne in Unix-Workstations, etwa von Sun oder Apollo, eingesetzt.
Der nachfolgende 68030 stellt im Grunde nur eine Produktpflege des 68020 dar - allerdings eine sehr erfolgreiche. Zusätzlich zum bekannten 256 Bytes Befehlscache kamen weitere 256 Bytes als Datencache hinzu. Der 030 lernte den Burstmodus für schnellere Speicherzugriffe; die vorher als MC68851 nachzurüstende PMMU wurde beim 68030 auf den CPU-Chip integriert. Der Intel 80386 in seinen hochgezüchteten Varianten ist etwa genauso leistungsfähig. Der 68030 wurde mit 16 bis 50 MHz ausgeliefert, bei der Maximaltaktfrequenz schafft er 18 MIPS.
Der 68030 kam im Mac in so vielen Modellen zum Einsatz, dass hier nur die wichtigsten aufgezählt werden: Erstmals im Mac IIx (68030/16 MHz, anno 1989) und im SE/30 (68030/16 MHz), Mac IIci (68030/25 MHz), Mac IIfx (68030/40 MHz - der schnellste 68030-Mac aller Zeiten), im Classic II und in den Color Classic, Mac LC II, III, III+.
Darüber hinaus trifft man den 68030 in einigen Sun-Workstations, in den Apollo/HP Apollo-Workstations und -Servern, in den ersten NeXT Cube und in Bull-Servern an.
Der erstmals 1990 vorgestellte Motorola 68040 bot dann wieder ein neues Spektrum: überarbeiteter Kern, integrierte FPU, 4 KB Befehlscache und 4 KB Datencache. Der 040 bringt bei gleicher Taktfrequenz etwa doppelt so viel Integer-Rechenleistung wie ein 030, bei Gleitkomma-Berechnungen noch mehr. Bei 40 MHz schafft er 44 MIPS.
Der 68040 ist der erste Prozessor der Baureihe, den man bei höheren Taktfrequenzen besser mit einem Kühlkörper versah. Vergleichbar mit etwa gleichschnell getakteten Intel 80486-CPUs, wurde er mit 20 bis 40 MHz ausgeliefert. Entgegen hartnäckigen Gerüchten unterstützt der 68040 keine echte Taktverdopplung, wie man sie beim Intel 80486DX2 findet - zwar liegt an einem CPU-Pin der doppelte Bustakt an, aber interne Recheneinheiten verwenden diesen Takt nicht.
Auch der 040 kam in vielen Macs zum Einsatz: Erstmals 1991 in der Quadra 700 und 900 (25 MHz), 650 (25, 33 MHz), Quadra 660av/25 und 840av (40 MHz - der schnellste 68040 aller Zeiten). In leicht abgespeckter Version, nämlich ohne integriertem mathematischem Koprozessor, fand der 68LC040 Einzug in so populären Macs wie dem LC 475/Performa 475 (25 MHz), dem Performa 630 (33 MHz) oder der Quadra 605.
Auch der 68040 findet sich in einigen Workstations: HP Apollo 433, NeXT Cube Turbo, NeXTStation.
Siehe auch die Postings zur Architektur des 68040:
Die Motorola 68881 und 68882 sind FPU-Coprozessoren, die Gleitkommaarithmetik besonders schnell beherrschen. Der 68881 ist als Zusatz ab dem 68000 gedacht, kam in der Form beim Mac jedoch nie von Apple zum Einsatz. Der 68882 ist pinkompatibel und rechnet schneller. Wenn man die Wahl hat, sollte man den 68882 vorziehen.
Zum Einsatz kam der 68882 erstmals im Mac II und SE/30, später auch im Mac IIx, IIcx, IIci, IIfx und vielen anderen 68030-Macs. Bei manchen günstigen Modellen mit 68030-Prozessor konnte man die FPU in einen leeren Sockel nachrüsten.
Ein 68040 bietet in der Vollversion (»RC« in der Typbezeichnung) bereits eine FPU, die FPU-lose Variante 68LC040 ist nicht mit einem 68881 oder 68882 nachrüstbar, sondern nur durch Austausch des LC-Typs durch einen RC.
Der Geschwindigkeitszuwachs durch eine FPU wird meist überschätzt. Für Alltagsaufgaben wie Textverarbeitung, E-Mail, Web-Browsing bringt eine FPU gar nichts. Bei Tabellenkalkulationen liegt der Geschwindigkeitsgewinn durch eine FPU meist unter 5%. Nur bei speziellen Anforderungen, etwa mathematischen Modellen, speziellen wissenschaftlichen oder ingenieurtechnischen Berechnungen, kann die FPU zulegen, dann aber bis zum Faktor 10.
Die 68881 (FPU) hat nichts mit dem 68851 (PMMU) zu tun, außer dass beide mit dem 68020 zum Einsatz kommen können.
Einen 68060 gab es als letzten Vertreter der Reihe noch - nur wurde er nie in Macs verbaut, Apple setzte lieber auf die PowerPC-Prozessoren. Produktpolitisch verständlich, für 68k-Freunde jedoch schade, bekäme man bei gleichem Takt gegenüber dem 68040 doch mehr als Faktor zwei an Leistung. Bei Atari, Amiga und QL kam der '060 in der Spätphase von Drittherstellern noch zum Einsatz.
| Modell | 68000 | 68010 | 68020 | 68030 | 68040 | 68060 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Erscheinungsjahr | 1982 | 1984 | 1985 | 1990 | 1994 | |
| Neu hinzu | + virtual memory + winziger Befehlscache |
+ 32-Bit-Register + Befehlscache + 4 GB Adreßraum |
+ Datencache + Burst-Mode + PMMU on chip |
+ größere Caches + FPU on chip |
+ Superskalarität + größere Caches + schnellere Befehle + höhere Taktraten | |
| Eingesetzt bspw. im | Mac Plus Mac SE Mac Classic |
- | Mac II Mac LC |
Mac SE/30 Mac Classic II Color Classic Mac IIci Mac IIfx Mac LC III Performa 460 |
Performa 475 Performa 630 Performa 575 Quadras |
- |
| Prozessor | Cache | RAdd | MAdd | Mul | Index | Bra | UAcc | HW-FP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Befehle/Daten | ||||||||
| (Bytes) | ||||||||
| 68000 | 0/0 | 6 | 18 | 40 | 18 | 10/6 | nein | über Line-F |
| 68020 | 256/0 | 2 | 6 | 28 | 9 | 6/4 | ja | 68881 & 68882 |
| 68030 | 256/256 | 2 | 5 | 28 | 8 | 6/4 | ja | 68881 & 68882 |
| 68040 | 4096/4096 | 1 | 1 | 16 | 3 | 2/3 | ja | integriert |
| 68060 | 8192/8192 | 1 | 1 | 2 | 1 | 0/1 | ja | integriert |
Quelle: Optimizing 680x0 Applications, by Tomas Evensen, Diab Data, Inc.