Motorola 68040

El Motorola 68040 (" sesenta y ocho cero cuarenta ") es un microprocesador de 32 bits de la serie Motorola 68000 , presentado en abril de 1989, ^{[ 2 ]} anunciado en enero de 1990, ^{[ 3 ]} pero disponible solo a partir de finales de 1990 en volúmenes limitados. ^{[ 4 ]} Es el sucesor del 68030 y le sigue el 68060 , omitiendo el 68050. De acuerdo con la nomenclatura general de Motorola, al 68040 se le suele llamar simplemente '040 (pronunciado cero cuatro cero u cero cuarenta ).

El 68040 fue el primer miembro de la familia 680x0 con una unidad de punto flotante (FPU) integrada. Por lo tanto, incluía toda la funcionalidad que anteriormente requería chips externos, a saber, la FPU y la unidad de gestión de memoria (MMU), que se añadió en el 68030. También tenía cachés de instrucciones y datos separadas de 4 kilobytes cada una. Era totalmente segmentado , con seis etapas. ^{[ 5 ]}

Se crearon versiones del 68040 para segmentos de mercado específicos, como el 68LC040 , que eliminaba la FPU, y el 68EC040 , que eliminaba tanto la FPU como la MMU. Motorola había diseñado la variante EC para su uso en sistemas embebidos, pero los procesadores embebidos de la época del 68040 no necesitaban su potencia, por lo que las variantes EC del 68020 y el 68030 siguieron siendo comunes en los diseños.

Motorola produjo varios grados de velocidad. Los componentes de 16  MHz y 20  MHz nunca fueron calificados (designación XC) y se utilizaron como muestras de prototipado. Los grados de 25  MHz y 33  MHz se incluyeron en toda la línea, pero hasta alrededor del año 2000 el  grado de 40 MHz solo estaba disponible para el 68040 "completo". Un grado de 50 MHz planificado  fue cancelado después de que excediera el límite de diseño térmico .

Se informó un precio unitario de US$795 (equivalente a unos US$2000 en 2025) en el anuncio de lanzamiento a principios de 1990. ^{[ 3 ]} Este bajó a US$595 para la producción en volumen a finales de 1990. ^{[ 4 ]} A finales de 1992, el precio de la pieza de 25 MHz había bajado a US$337 , ^{[ 6 ]} comparable al precio de US $328 del Intel 80486DX de 33 MHz . ^{[ 7 ]}  

En los ordenadores Apple Macintosh , el 68040 se introdujo en el Macintosh Quadra , que recibió su nombre del chip. El procesador 68040 más rápido funcionaba a 40  MHz y se utilizó únicamente en el Quadra 840AV . Los modelos más caros de la (efímera) línea Macintosh Centris también utilizaban el 68040, mientras que los modelos más económicos de Quadra, Centris, Performa y algunos modelos LC de última generación utilizaban el 68LC040 .

El 68040 también se utilizó en otros ordenadores personales , como el Amiga 4000 y el Amiga 4000T , así como en varias estaciones de trabajo , servidores Alpha Microsystems , la serie HP 9000/400 , los TOWER 32/750, 32/825 y 32/850 de NCR Corporation , ^{[ 8 ]} el DN5500 de Apollo Computer , ^{[ 9 ]} y versiones posteriores del ordenador NeXT .

El procesador 68040 se utiliza en las computadoras de gestión de vuelo (FMC) a bordo de muchos aviones Boeing 737 , incluidos todos los modelos Next Generation y MAX , ^{[ 10 ]} y en el sistema de control de vuelo del Saab JAS 39 Gripen . ^{[ 11 ]}

El 68040 alcanzó el límite de transistores al inicio de su diseño. Si bien la MMU no requería muchos transistores (de hecho, al estar en el mismo chip que la CPU, se ahorraban), la FPU sí los requería. La FPU externa 68882 de Motorola era conocida por su alto rendimiento, y Motorola no quería arriesgarse a que los integradores utilizaran la versión "LC" con un 68882 en lugar de la unidad "RC" completa, más rentable. (Para obtener información sobre el modelo de multiprocesamiento de Motorola con la serie 680x0, consulte Motorola 68020 ). La FPU del 68040 era incapaz de ejecutar las funciones trascendentales IEEE , que sí eran compatibles con el 68881 y el 68882 y que se utilizaban en el popular software de generación de fractales de la época, entre otras aplicaciones. El paquete de soporte de punto flotante (FPSP) de Motorola emulaba estas instrucciones por software bajo interrupción. Dado que se trataba de un manejador de excepciones, el uso intensivo de las funciones trascendentales provocaba graves penalizaciones en el rendimiento.

El calor fue un problema constante durante la vida útil del 68040. Si bien ofrecía un rendimiento por ciclo de reloj cuatro veces superior al de los 68020 y 68030, la complejidad y los requisitos de energía del chip se debían a su gran tamaño y a sus amplias cachés. Esto afectó la escalabilidad del procesador, que nunca pudo alcanzar una frecuencia superior a 40  MHz. Se planeó una variante de 50  MHz, pero se canceló. Los entusiastas del overclocking lograron alcanzar los 50  MHz utilizando un  oscilador de 100 MHz en lugar de uno de 80  MHz y la entonces novedosa técnica de añadir disipadores de calor sobredimensionados con ventiladores.

El 68040 ofrecía las mismas características que el 80486, pero en términos de ciclo de reloj podía superar significativamente al chip Intel en instrucciones de enteros y de punto flotante según los propios resultados de referencia de Motorola. ^{[ 3 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} Mediciones independientes del rendimiento de punto flotante del procesador en sistemas de estaciones de trabajo sugirieron ganancias bastante más modestas sobre el 80486 y SPARC en la prueba de referencia LINPACK elegida por Motorola , limitadas en gran medida a operaciones de doble precisión, ^{[ 15 ]} y la literatura del proveedor, como la que describe los modelos NeXTstation Color y Turbo Color, anunciaba calificaciones algo más bajas que la propia literatura de Motorola. ^{[ 16 ] [ nota 1 ]}

Sin embargo, el 80486 tenía la capacidad de funcionar a una velocidad significativamente mayor sin sufrir problemas de sobrecalentamiento, y también generó rápidamente una versión móvil para portátiles. Los portátiles PC de nueva generación basados ​​en el 80486 se introdujeron en 1992, lo que provocó que la serie PowerBook 100 se quedara con el antiguo 68030 , que ya no era competitivo, y Apple no pudo lanzar un PowerBook equipado con el 68040 hasta las series PowerBook Duo 280 y PowerBook 500 en 1994. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

• Lista de modelos de Mac agrupados por tipo de CPU.

• Savard, John JG (2018) [2007]. "El estándar de punto flotante decimal" . quadibloc . Otros formatos recientes de punto flotante decimal. Archivado del original el 3 de julio de 2018. Recuperado el 16 de julio de 2018 .

• Página de resumen del producto MC68040 en Wayback Machine (archivada el 4 de marzo de 2012)
• Microprocesador de bajo consumo de 32 bits de tercera generación MC68040V (PDF)
• Manual de usuario del microprocesador M68040 (PDF)