فصل1) کلیات ریزپردازنده 68000
 

1-1)مقدمه

وجود ریزپردازنده‌های پرقدرت و تراشه‌های کمکی مربوط مدیون تکامل سریع فن ساخت مدارهای مجتمع در این اواخر می باشد.با ایجاد ترانزیستورهای نیمه‌هادی با اکسیدفلز (MOS ) بطورمتوسط پیچیدگی مدارات در هر سال دو برابر افزایش یافته است.این روند تا دهه هفتم ادامه داشت.

در تراشه های ریزپردازنده های اولیه از 5000 تا 10000 ترانزیستور قرار داشت در حالی که تراشه های پردازشگر امروزی شامل 110000 ترانزیستور می باشند. (توضیحات بیشتر در سایر مقالات سایت میکرو رایانه) اصلی‌ترین عوامل در این رشد هرچه مجتمع کردن مدارات و پیشرفت در امر طراحی مدار می باشد که باعث بهبود نسبی سرعت و کاهش تلفات قدرت مدارات شده است.

اکنون رشد تراکم و سرعت کار مدارها هر دو سال دو مرتبه می باشد ، ا ما از نظر قدرت و سرعت این رشد 4 برابر است.بعلاوه با بهبود فن ساخت قیمت تمام شده محصولات پائین آمده و باعث ارزان شدن تولید می شود که این هم بنوبه خود باعث افزایش درخواست و ایجاد بازارهای جدید می‌گردد.  
 

ریزپردازنده 68000 دارای 17 ثبات با کاربرد عمومی 32 بیتی، یک شمارنده برنامه 32 بیتی و یک ثبات حالت 16 بیتی می‌باشد.

از 8 ثبات با کاربرد عمومی در عملیات مختلف یک بایتی ، یک کلمه ای و با کلمات طولانی ، به عنوان ثبات اطلاعات استفاده می شود. 9 ثبات با کاربرد عمومی باقیمانده بعنوان ثبات آدرس بکار می روند، از آنها به عنوان نشانگر پشته و ثبات آدرس مبنا نیز استفاده می شود. از تمامی این 17 ثبات با کاربرد عمومی به جای ثبات شاخص می توان استفاده کرد.

اگرچه شمارنده برنامه 32 بیتی می باشد، با این حال عملاً فقط از 24 بیت کم ارزش آن استفاده می شود. توسط همین 24 بیت ، 68000 صاحب محدوده آدرس دهی 16 مگابایتی می گردد.

1-2) مشخصات نرم افزاری

امکانات نرم افزاری ریزپردازنده 68000 قابل تطبیق با هر استانداردی می باشد. این مسئله نشان دهنده تبحر بکار گرفته شده در طراحی آن است.

68000 می تواند با پنج نوع مختلف اطلاعات تک بیتی ،4 بیتی ،8 بیتی،کلمات 16 بیتی و کلمات 32 بیتی کار کند.

اطلاعات 8 بیتی ،هم با آدرسهای فرد و هم زوج آدرس دهی می شوند.ولی کلمات 16 بیتی و 32 بیتی فقط توسط آدرسهای زوج قابل آدرس دهی می باشند.

مجموعه دستورالعملهای این ریزپردازنده شامل 56 دستورالعمل اساسی می باشد،اما برای دسترسی به عملوندها می توان از 14 روش مختلف آدرس دهی استفاده کرد.

ترکیب 56 دستورالعمل اصلی ،با 14 روش آدرس دهی و 5 نوع اطلاعات باعث می شود که 68000 بتواند در حقیقت بیش از 1000 دستورالعمل را اجرا نماید.

علاوه بر اینها از هر 16 رمز عملیاتی موجود در این ریزپردازنده در شرایط عادی دوتای آن مورد استفاده قرار نگرفته است ، و شخص استفاده کننده در صورتی که بخواهد به تعداد دستورالعملها اضافه کند، می تواند آنها را بکار گیرد.

68000 با فرکانسهای 4 ،6،8 و 10 مگاهرتز که به ترتیب زمان تناوب پالس ساعت آنها 250 ،167 ،125 و 100 نانو ثانیه می باشد،می تواند کار بکند.

سریعترین دستورالعمل در 4 چرخه ساعت انجام می شود که درصورت استفاده از ساعت 8 مگاهرتزی زمان لازم 500 نانوثانیه می‌باشد. کندترین دستورالعمل در 170 چرخه ساعت اجرا می شود که با فرکانس 8 مگاهرتز زمان لازم برای اجرای آن 25.21 میکرو ثانیه خواهد بود.

1-3) حالات عملکرد

برای اینکه ریزپردازنده 68000 بتواند کارها و برنامه های متنوعی را انجام دهد، دارای دو حالت عملکردی می‌باشد، حالت کار برای عملیات معمولی و حالت نظارت برای کنترل سیستم.
در حالت نظارت تمامی دستورالعملهای ریزپردازنده اجرا می شوند ولی در حالت کار چند دستورالعمل مخصوص قابل اجرا نمی باشند.
این خصوصیات باعث تأمین امنیت کار سیستم شده و از دخالت های اشتباه آمیز استفاده کننده جلوگیری بعمل آورده و از عملیات خطایی که باعث مختل شدن کار کلی سیستم می شود ممانعت می کند.

1-4) امکانات اشکال زدایی داخلی ریزپردازنده

طراحان 68000 امکانات مختلفی را برای عیب یابی و اشکال زدایی در داخل ریزپردازنده در نظر گرفته‌اند. برای مثال هرنوع تلاش برای اجرای دستورالعمل های غیر مجاز، تخطی از رفتارهای معمول، آدرس دهی غیرمجاز، تقسیم بر صفر و دستیابی غیرمجاز به حافظه باعث می شوند که ریزپردازنده توسط تله به حالت نظارت بیفتد.
درضمن در 68000 برای عملیات اشکال زدایی نرم افزار حالت ردگیری در نظر گرفته شده است. در این حالت، برنامه قدم به قدم اجرا می شود.
به این ترتیب که بعد از اجرای هر دستورالعمل روال مربوط به تله اجرا می شود.

1-5) خانه حافظه‌های اختصاصی

در ریزپردازنده 68000 فقط تعداد بسیار کمی از خانه حافظه ها بکارهای مخصوص اختصاص داده شده اند. آدرسهای مربوط به اولین هشت بایت حافظه به بردار بازنشاندن اختصاص دارند ، که بایستی در حافظه فقط خواندنی قرار گیرند.آدرسهای مربوط به 1024 بایت اول نیز به بردارهای وقفه ، بردارهای خطا و بردارهای سایر موارد استثنایی اختصاص دارند. این خانه حافظه ها می توانند در RAM یا ROM واقع گردند.

مسلماً بعضی از آدرسهای حافظه برای آدرس‌دهی وسایل ورودی خروجی سیستم بکار می روند. به عبارت دیگر 68000 دارای دستورالعملهای جداگانه برای I/O نمی باشد.

1-6) ساختار وقفه

ساختار وقفه شبیه کامپیوترهای کوچک می باشد.در این ریزپردازنده وقفه های برداری با هفت سطح تقدم در نظر گرفته شده اند.وقتیکه 68000 درخواست وقفه قابل قبولی را دریافت می دارد ، سیگنالی مبنی بر پذیرش این درخواست را به کلیه وسایل سیستم می فرستد.با دریافت این سیگنال وسیله درخواست کننده وقفه بایستی عدد بردار را وارد گذرگاه اطلاعات نماید.توسط این بردار،یکی از 192 روال وقفه ای که در حافظه قرار دارند ، انتخاب می شود.
 

1-7) گذرگاهها و سایر خطوط موجود در تراشه

ریزپردازنده 68000 دارای بدنه 64 پایه ای دو طرفه بوده و به اندازه تقریبی یک فندک معمولی می باشد.آدرسهای مربوط به دستورالعملها و اطلاعات از طریق 25 خط آدرس صادر می شوند. خود گذرگاه آدرس 23 خطی می باشد.از دو خط باقیمانده بعنوان خطوط انتخاب استفاده می شود.

اطلاعات از طریق گذرگاه اطلاعات 16 بیتی منتقل می شوند.مشابه اکثر ریزپردازنده های 8 بیتی خطوط مربوط به گذرگاه اطلاعات از هم جدا بوده و در آنها از تسهیم کننده (مالتی پلکسر)استفاده نشده است.


1-8) تولیدکنندگان 68000

این ریزپردازنده در سال 1979 معرفی شده و اکنون به مرحله تولید انبوه رسیده است. سازنده اصلی این ریزپردازنده موتورولا می باشد که این ریزپردازنده را با نام MC68000 عرضه کرده است. شرکتهای سازنده دست دوم آن که با استفاده از امتیاز اقدام به ساخت نموده اند ،عبارتند از راک ول اینترناشنال، با نام R68000 ،هیتاچی با نام HD68000 ،و موستک با نام MK68000 ، سیگینیتک ـ فیلیپس با نام SP68000 ، در اروپا نیز 68000 توسط EFCIS ساخته شده است که 65% سهام آن شرکت مربوط به تامسون و 35% سهام آن مربوط به کمیسیون انرژی اتمی فرانسه می باشد.