Motorola 68020

Il progetto del 68020 fu pronto nell'estate del 1983 e Motorola lo annunciò nel giugno 1984, a 487 dollari l'uno. Era la risposta alla crescita delle workstation, che volevano più velocità e più memoria di quanta ne desse il 68000.

Motorola lo chiama la prima implementazione a 32 bit completa della famiglia: registri, percorsi interni, bus dati e bus indirizzi, tutto a 32 bit. Anche l'unità aritmetica passò a 32 bit, perciò una somma a 32 bit non va più fatta in due metà.

Con 32 linee di indirizzo, il 68020 arriva a 4 GB di memoria, 256 volte quello che raggiungeva il 68000. Ha una cache istruzioni da 256 byte: una piccola memoria dentro il chip dove restano le istruzioni usate da poco, così i cicli non devono andare sempre alla memoria principale. Fu il primo 68k con una vera cache.

Il processore lavora a catena di montaggio, con una pipeline a tre stadi: mentre un'istruzione viene eseguita, la successiva viene già decodificata e un'altra letta. Ha 18 modalità di indirizzamento, contro le 14 del 68000, tra cui l'indirizzamento indiretto in memoria e gli indici moltiplicati, utili ai compilatori C e Pascal. Portò istruzioni per i campi di bit, pratiche per la grafica, e moltiplicazioni e divisioni a 32 bit.

Il bus si adatta da solo alla larghezza di ciò che c'è dall'altra parte: 8, 16 o 32 bit, ciclo per ciclo. E sparirono i vincoli di allineamento: leggere una word a un indirizzo dispari non dà più errore.

Non ha matematica in virgola mobile né gestione della memoria nel chip. Per questo ha un'interfaccia per coprocessori che ne accetta fino a otto, come il coprocessore matematico 68881 o 68882 e l'unità di gestione della memoria 68851.

Il 68EC020 è la versione economica, pensata per sistemi embedded. Secondo il manuale Motorola, le grandi differenze sono il bus indirizzi a 24 bit, che limita la memoria a 16 MB, e la mancanza di alcuni segnali di controllo del bus. La cache, la pipeline, le istruzioni e l'interfaccia per coprocessori sono le stesse.

Motorola vendeva il 68020 a 16,67, 20, 25 e 33,33 MHz (e, all'inizio, anche a 12,5 MHz), e il 68EC020 a 16,67 e 25 MHz. Il 68020 veniva in PGA ceramico a 114 pin; il 68EC020 esisteva anche in QFP di plastica a 100 pin, più economico da saldare in serie.

Il 68020 fu il processore del Macintosh II (1987) e del Macintosh LC. Fu nelle workstation Sun-3 e nelle Apollo DN3000 e DN4000, e in oscilloscopi HP.

Molti di questi sistemi gli affiancavano un 68881 o 68882 per la matematica e, nelle workstation Unix, un'unità di gestione della memoria, che fosse la 68851 di Motorola o una fatta dal produttore.

La prima grande acceleratrice di Commodore fu la A2620, del 1988, per lo slot processore dell'A2000: un 68020 a 14 MHz, con l'unità di gestione della memoria 68851, un coprocessore 68881 e 2 o 4 MB di memoria a 32 bit.

L'Amiga 1200 e il CD32 montano un 68EC020 a 14 MHz, in QFP a 100 pin saldato alla scheda. È il pezzo marcato MC68EC020FG16, fatto per 16 MHz ma usato a 14,19 MHz nelle macchine PAL e 14,32 MHz nelle NTSC. Senza Fast RAM l'A1200 gira molto al di sotto di quello che il processore può dare, perché deve contendersi la Chip RAM con i chip grafici.