Motorola 68k и компьютеры Apple

16-битные процессоры Intel не доминировали на рынке, несмотря на растущую популярность линейки IBM PC. Главным конкурентом «интеловских» кристаллов считалась серия процессоров Motorola 68000.

Проект Motorola 68k стартовал в 1976 году — тогда же, когда началась разработка 16-битного процессора Intel 8086. Изначально семейство 68k рассматривалось как чипы с совершенно новой архитектурой. Так, ни о какой обратной совместимости с 8-разрядными процессорами Motorola 6800 не шло и речи. Однако, забегая вперед, скажем, что кристаллы Motorola 68000 таки получили поддержку протокола шины «камней» предыдущего поколения. Ставка при разработке была сделана на другое — в Motorola хотели обеспечить обратную совместимость последующих разработок с семейством 68k. Словом, хотели создать такую архитектуру, которая бы стала базой для процессоров на долгие годы вперед.

Процессор Motorola 68000

Линейка Motorola 68000 была представлена в 1979 году. В основе процессоров лежал дизайн CISC, а многие архитектурные особенности были позаимствованы у компьютера PDP-11. Motorola 68000 нельзя однозначно отнести к категории 16- или 32-разрядных устройств. Хоть кристалл и имел 32-битное ядро, он работал посредством 16-битных шин данных. У Motorola получился этакий гибрид.

Само собой, что процессор Motorola 68000 имел совершенно иную систему команд, нежели процессоры с архитектурой x86. Набор инструкций кристалла считается более «ортогональным», чем x86. Это означает, что операции и операнды можно свободно комбинировать, не обращая внимания на ограничения, связанные с совместимостью конкретной операции и набора операндов. Преимуществом такого подхода является легкость программирования на ассемблере Motorola 68000.

Что касается других технических характеристик, то, как мы уже говорили, Motorola 68000 работал с 16-битной шиной данных и 24-разрядной шиной адресов. Его частота составляла от 8 МГц до 20 МГц, а количество транзисторов — 68 000 штук. Чип производился в форм-факторе DIP с 64 контактами, но также существовали модели с разъемами LCC и PGA.

Спустя три года Motorola выпустила следующую модель линейки 68k — процессор Motorola MC68010. Как ни странно, но кристалл оказался несовместим с моделью 68000 на программном уровне. При этом процессор не совершил никаких революций в дизайне. Главными отличиями «десятого» от кристалла с индексом 68000 стала работа с виртуальной памятью и добавление нового регистра VBR (vector base register).

Процессор Motorola MC68010

Если говорить о технических характеристиках, то они почти полностью соответствовали таковым у Motorola 68000. Изменения затронули лишь число транзисторов, которых стало 84 000. Тем не менее модель 68010 оказалась примерно на 10% быстрее 68000. В сравнении с предшественником новый процессор не снискал особого успеха. Лишь благодаря поддержке работы с виртуальной памятью некоторые производители использовали чип в небольших UNIX-системах, например, Sun-2 Workstation и AT&T UNIX PC. Рынок находился в ожидании второго поколения Motorola 68k.

Процессор Motorola 68000 применялся во многих компьютерах, однако многим он запомнился по первым компьютерам Apple. Так, разные версии этого «камня» применялись в первых персональных компьютерах Apple: Lisa и Macintosh.

Apple Lisa появился в 1983 году. На разработку компьютера ушло почти 5 лет. Как известно, старт проекту был дан еще в 1978 году. В Apple хотели создать компьютер, который совмещал бы все компоненты в одном корпусе. Инновационной была и техническая часть Lisa. В десктопе были реализованы защищенная память, кооперативная многозадачность, сложная файловая система, системы защиты от нарушения данных, поддержка до 2 Мбайт оперативной памяти и экран с высоким разрешением. Но проект ожидал коммерческий провал. Главной причиной низких продаж Lisa стала его высокая стоимость — 10 000 долларов США. Мало кто мог позволить приобрести себе такой компьютер домой.

Компьютер Apple Lisa

Параллельно с Lisa шла разработка другого компьютера — Macintosh. Проект стартовал в 1979 году, а в 1981 году его возглавил Стив Джобс. Сам компьютер увидел свет в 1984 году. Принцип создания Macintosh был довольно прост: взять самое лучшее у Lisa, но при этом сделать компьютер максимально простым и доступным. Десктоп получил всё тот же процессор Motorola 68000, однако его частота была увеличена до 8 МГц. Объем оперативной памяти составлял 128 Кбайт. Конструкция «Макинтоша» предусматривала встроенный 9-дюймовый черно-белый экран с разрешением 512x342 точек. В качестве хранилища данных использовалась 3,5-дюймовая дискета объемом 400 Кбайт. Также компьютер комплектовался мышью и клавиатурой. Стоимость Macintosh составляла 2500 долларов, что было значительно ниже стоимости Lisa. Несмотря на то что компьютер Apple стоил больше, чем модели IBM PC, он не только смог составить достойную конкуренцию, но и стать полноценной альтернативой. Словом, выход «Макинтоша» положил начало большому противостоянию Apple и IBM.

Apple Macintosh 128k

Помимо компьютеров Apple, процессор Motorola 68000 применялся и в других устройствах: например, в высокопроизводительных калькуляторах Texas Instruments и десктопах Commodore Amiga, Sinclair QL и Atari ST.

DEC PDP-11

Несмотря на то что 80-е годы прошли под знаком доминирования компьютеров IBM и Apple, не стоит забывать о компьютерах PDP и конкретно о модели PDP-11, которая оказала большое влияние на архитектуру процессоров Motorola. Многие считают его одним из величайших десктопов всех времен.

PDP-11 представлял собой первую в мире 16-битную систему. Он стал доступен значительно раньше, нежели IBM PC и Apple Macintosh, и поступил в продажу еще в 1970 году. Как и все процессоры того времени, PDP-11 базировался на архитектуре CISC. Его главным отличием стала «ортогональная» система команд, которая применялась впервые. Многие модификации PDP-11 не имели отдельной шины ввода-вывода, а только шину памяти Unibus.

Панель компьютера PDP-11

Сама шина Unibus является первой компьютерной шиной. Она была полностью асинхронной, что позволяло одновременно подключать быстрые и медленные устройства.

Еще чуть позже в PDP-11 была добавлена шина для магнитных дисков и лент под названием Massbus. Также появились модели компьютера с интерфейсом Q-Bus, который представлял собой удешевленный вариант Unibus и использовал мультиплексирование, позволяющее линиям данных и адреса использовали одни и те же контакты. При этом функциональность шины практически не урезалась: Q-Bus поддерживала ввод-вывод с отображением на память (при обмене данными между любыми устройствами по шине используется один и тот же протокол), адресацию с точностью до байта и асинхронный протокол взаимодействия.

Техническая составляющая PDP-11 постоянно улучшалась, и со временем шины Unibus и Q-Bus банально стали ограничивать потенциал компьютера. Кроме этого, 16-битная адресация не позволяла создавать большие программы.

В итоге компьютер PDP-11 не выдержал конкуренции с только набирающими обороты компьютерами IBM PC.