ВВЕДЕНИЕ

   Микропроцессор MC68000 является родоначальником целого семейства, которое развивается и в настоящее время. За эти годы процессоры семейства М68К (М68000) получили широкое распространение во всех сферах, где используются микропроцессорные системы: персональных компьютерах, рабочих станциях, встроенных системах. В мире произведено 50 млн. микропроцессоров семейства М68000, и их число постоянно возрастает.
   Значительные достижения в области интегральных схем на пороге 70-х годов создали необходимые условия для создания БИС и микропроцессоров. Именно в этот период бурно развивающееся производство калькуляторов требовало большой номенклатуры специализированных БИС. Стремление разработчиков электронных схем сократить число типов БИС и удешевить системы на их основе и привело к появлению универсального комплекта схем, основу которого составлял универсальный небольшой процессор - микропроцессор.
   История развития микропроцессорных средств фирмы Motorola начинает свой отсчет с 1974 года, когда был спроектирован микропроцессор 6800. Для этого процессора фирма впервые разработала комплект периферийных схем, что существенно облегчало проектирование систем на его основе. В 1977 году в компании Motorola родился проект процессора MC68000, который в дальнейшем стал основой семейства. Данный процессор обладал ортогональной архитектурой, т.е. специализированные команды были исключены, а все операции выполнялись на всех регистрах, над всеми типами данных и со всеми способами адресации. Программистов такой подход вполне устраивал, т.к. не требовалось учитывать различные исключения в наборе команд. Процессор "внутри" был 32-разрядным и имел 24-разрядную шину, что выгодно его отличало от 16-разрядных по внешнему интерфейсу процессоров других фирм.
   Программная модель и различные решения, воплощенные в данном процессоре, оказались настолько удачными, что без существенных изменений использовались в последующих разработках, составивших семейство 68К. Примечательно также, что микроконтроллеры и интегрированные процессоры порождались из соответствующих процессоров, сохраняя программную модель и систему команд. Конечно, такое решение более чем устраивало пользователей и обеспечило, в конечном счете, успех изделиям этой фирмы на рынке.
   В 1979 году еще не существовали заполонившие позже весь мир IBM PC, а были компьютеры на основе 8-разрядных процессоров типа i8080, Z80, 6502, МС6800 с 16-разрядной шиной адреса. К сожалению, процессоры с 16-разрядной шиной адреса обеспечивают прямой доступ к адресному пространству всего в 64 Кбайт. Даже в конце 70-х годов такое ограничение во многих случаях мешало более широкому применению микропроцессоров.
   Явно обозначилось противоречие между необходимостью иметь адресное пространство более 64 Кбайт и возможностями технологии реализовать 32-разрядную архитектуру. Было найдено два пути разрешения этого противоречия. Фирма Intel нашла выход из сложившейся ситуации в применении специального сегментного механизма формирования адреса, который позволял, используя в основном 16-разрядные регистры, получать 20-разрядные адреса, обеспечивая доступ к адресному пространству в 1 Мбайт. Такой способ формирования адреса имел, как положительные, так и отрицательные последствия.    Положительные общеизвестны - на базе процессоров i8086 и i8088 были созданы первые персональные компьютеры фирмы IBM, получившие самое массовое распространение и фактически открывшие эру персональных компьютеров. Отрицательные последствия связаны с тем, что для обеспечения программной совместимости с процессорами семейства i80X86 потребовалось сохранить сегментную организацию памяти во всех последующих процессорах: i80186, i80286, i80386, i80486, Pentium, что существенно усложнило их архитектуру.
   Фирма Motorola построила свой новый процессор - MC68000 иначе. Этот процессор имел шестнадцать 32-разрядных регистров общего назначения и 32-разрядный программный счетчик, в котором использовались только 24 младших разряда, прямо адресующие 16 Мбайт памяти. Такое решение существенно облегчило эволюционное развитие семейства и реализацию программной совместимости. Именно на базе MC68000 С.Джобс и С.Возняк создали новую линию персональных компьютеров (сначала компьютер "Lisa", превосходящий по своим характеристикам почти одновременно появившийся IBM PC, а затем и знаменитое семейство компьютеров "Macintosh"). К сожалению, в нашей стране как сами микропроцессоры, так и компьютеры на их основе, не получили в свое время должного распространения.
   На основе MC68000 Motorola создала семейство мощных однокристальных процессоров М68К. За MC68000 последовали МС68008, МС68010, MC68020, MC68030, MC68040, МС68060. Каждая следующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предшественником (исключение - МС68008, являющийся упрощенной версией MC68000 с 8-разрядной внешней шиной данных); все процессоры совместимы по объектным кодам "снизу-вверх" и в своей основе используют программную модель и систему команд MC68000.
   Отдельной ветвью семейства М68К являются созданные на основе процессоров семейства М68000 встраиваемые контроллеры (Embedded Controller), являющиеся более дешевой версией соответствующего базового процессора.
   Еще одна ветвь семейства М68К - интегрированные процессоры (Integrated Processors) семейства М68300. Это высокопроизводительные микроконтроллеры, управляемые процессорным ядром на основе процессоров семейства М68000. В качестве процессорного ядра процессоров М68300 используются MC68000, МС68ЕС000, а также специально разработанное ядро CPU32, поддерживающее все функции МС68010 и большинство функций MC68020. В дальнейшем в качестве ядра интегрированных процессоров предполагается использовать МС68ЕС060.
   На рисунке проиллюстрированы тенденции развития процессоров семейства М68К. Здесь хорошо различимы три основные ветви процессоров М68К: верхняя линия объединяет процессоры семейства М68000: MC68000, МС68010, MC68020, MC68030, MC68040 и МС68060. К этому же семейству относится и МС68008, составляющий отдельный "отросток"; средняя пунктирная линия объединяет встраиваемые контроллеры М68ЕС0Х0, каждый из которых связан со своим базовым процессором; и, наконец, правая нижняя пунктирная линия объединяет процессорные ядра интегрированных процессоров семейства М68300: МС68ЕС000, CPU32 и новое процессорное ядро, разрабатываемое на основе МС68ЕС060.
   В состав семейства М68К входит также большое количество разнообразных периферийных устройств.
   Одной из важных особенностей процессоров рассматриваемого семейства, имевшейся уже в MC68000, является защищенность обрабатываемой ими информации за счет возможного функционирования процессора в одном из двух режимов: пользователя или супервизора.
   В режиме пользователя программе доступны регистры программной модели пользователя (регистры общего назначения, программный счетчик и т.д.) и большая часть инструкций. В режиме супервизора в дополнение к регистрам программной модели пользователя становятся доступными и регистры управления, составляющие дополнение программной модели супервизора к программной модели пользователя, а также некоторые дополнительные инструкции, влияющие на безопасность системы. В последующих процессорах семейства М68000 программная модель супервизора расширяется новыми регистрами, обеспечивающими поддержку новых устройств, вводимых в состав процессора: внутренних кэшей, устройства управления памятью, устройства операций с плавающей точкой, и т. д.
   Программная модель пользователя осталась практически неизменной (и это на протяжении более чем десяти лет). Только в MC68040 программная модель пользователя была расширена введением регистров с плавающей точкой (целочисленная же часть его программной модели пользователя идентична MC68000).
   В обычном состоянии процессор работает в режиме пользователя. Переход из этого режима в режим супервизора возможен только при возникновении особых ситуаций, называемых исключениями, а сама процедура перехода - обработкой исключения. Такие ситуации вызываются либо специальной инструкцией, либо внешним событием.
   Процессоры семейства М68000 (в том числе и MC68000) широко используются в современных системах, удовлетворяя их многочисленным требованиям.
   Далее вкратце рассмотрены основные модели семейства.