Motorola 68020

Der Entwurf des 68020 war im Sommer 1983 fertig, und Motorola kündigte ihn im Juni 1984 an, zu 487 Dollar das Stück. Er war die Antwort auf das Wachstum der Workstations, die mehr Tempo und mehr Speicher wollten, als der 68000 bot.

Motorola nennt ihn die erste vollständige 32-Bit-Umsetzung der Familie: Register, interne Datenwege, Datenbus und Adressbus, alles mit 32 Bit. Auch die Recheneinheit bekam 32 Bit, eine 32-Bit-Addition muss also nicht mehr in zwei Hälften erledigt werden.

Mit 32 Adressleitungen erreicht der 68020 4 GB Speicher, 256-mal so viel wie der 68000. Er hat einen Befehlscache von 256 Bytes: ein kleiner Speicher im Chip, in dem die zuletzt benutzten Befehle liegen, damit Schleifen nicht ständig auf den Hauptspeicher zugreifen müssen. Es war der erste 68k mit einem echten Cache.

Der Prozessor arbeitet wie ein Fließband, mit einer dreistufigen Pipeline: Während ein Befehl ausgeführt wird, wird der nächste schon dekodiert und der übernächste gelesen. Er hat 18 Adressierungsarten statt 14 beim 68000, darunter speicherindirekte Adressierung und skalierte Indizes, nützlich für C- und Pascal-Compiler. Neu waren Befehle für Bitfelder, praktisch bei Grafik, sowie Multiplikationen und Divisionen mit 32 Bit.

Der Bus passt sich selbst an die Breite der Gegenseite an: 8, 16 oder 32 Bit, Zyklus für Zyklus. Und es gibt keine Ausrichtungsvorschriften mehr: Ein Wortzugriff auf eine ungerade Adresse führt nicht mehr zu einem Fehler.

Gleitkommamathematik und Speicherverwaltung hat er nicht auf dem Chip. Dafür hat er eine Koprozessor-Schnittstelle für bis zu acht Stück, etwa den Mathe-Koprozessor 68881 oder 68882 und die Speicherverwaltungseinheit 68851.

Der 68EC020 ist die Sparversion, gedacht für eingebettete Systeme. Laut Motorola-Handbuch liegen die großen Unterschiede im 24-Bit-Adressbus, der den Speicher auf 16 MB begrenzt, und im Fehlen einiger Bussteuersignale. Cache, Pipeline, Befehle und Koprozessor-Schnittstelle sind dieselben.

Motorola verkaufte den 68020 mit 16,67, 20, 25 und 33,33 MHz (anfangs auch mit 12,5 MHz) und den 68EC020 mit 16,67 und 25 MHz. Der 68020 kam im Keramik-PGA mit 114 Pins; den 68EC020 gab es auch im Kunststoff-QFP mit 100 Pins, das sich in Serie billiger löten ließ.

Der 68020 war der Prozessor des Macintosh II (1987) und des Macintosh LC. Er steckte in den Workstations Sun-3 und Apollo DN3000 und DN4000 sowie in Oszilloskopen von HP.

Viele dieser Systeme ergänzten ihn um einen 68881 oder 68882 für die Mathematik und, bei den Unix-Workstations, um eine Speicherverwaltungseinheit, entweder die 68851 von Motorola oder eine Eigenentwicklung des Herstellers.

Der erste große Beschleuniger von Commodore war die A2620 von 1988 für den Prozessorslot des A2000: ein 68020 mit 14 MHz, mit der Speicherverwaltungseinheit 68851, einem Koprozessor 68881 und 2 oder 4 MB 32-Bit-Speicher.

Amiga 1200 und CD32 haben einen 68EC020 mit 14 MHz, als QFP mit 100 Pins auf die Platine gelötet. Es ist das Bauteil mit der Aufschrift MC68EC020FG16, gebaut für 16 MHz, aber mit 14,19 MHz in den PAL-Geräten und 14,32 MHz in den NTSC-Geräten betrieben. Ohne Fast RAM läuft der A1200 weit unter dem, was der Prozessor könnte, weil er sich das Chip RAM mit den Grafikchips teilen muss.