모토로라 68881
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1. 개요
모토로라 68881은 1980년대에 68020 및 68030 마이크로프로세서와 함께 사용하기 위해 설계된 부동 소수점 연산 장치(FPU)이다. 68881은 8개의 80비트 레지스터를 가지고 있으며 IEEE 754 표준에 정의된 단정밀도, 배정밀도, 확장 정밀도와 같은 다양한 부동 소수점 수치 표현을 지원한다. 68881은 메인 CPU와 병렬로 작동하며, CPU가 FPU 명령어를 만나면 FPU에 피연산자를 넘겨주고 FPU가 결과를 계산하는 동안 CPU는 다른 명령어를 실행한다. 68881의 개선된 버전인 68882는 더 높은 클럭 속도에서 작동하며, 68881과 핀 호환이 가능하다. 68881 및 68882는 썬 마이크로시스템즈, IBM, 애플, 넥스트, 샤프, 아미가, 아타리 등 다양한 컴퓨터 시스템에 사용되었다. 후속 프로세서인 68040부터는 FPU가 CPU에 통합되었다.
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| 모토로라 68881 | |
|---|---|
| 요약 정보 | |
 | |
| 유형 | 부동소수점 유닛 |
| 소개일 | 1985년 |
| 중단일 | 1995년경 |
| 명령어 집합 구조 | 모토로라 68000 |
| 코어 | 부동소수점 유닛 |
| L1 캐시 | 해당 없음 |
| 최대 작동 주파수 | 16-25 MHz |
| 버스 속도 | 16-25 MHz |
| 전력 소비 | 1.5 와트 (최대) |
| 트랜지스터 수 | 55,000 |
| 다이 면적 | 71 mm² |
| 제조 공정 | 2 μm |
| 패키지 | 68핀 PGA |
| 소켓 | 해당 없음 |
| 제품 | |
| MC68881 | 16 MHz, 20 MHz |
| MC68882 | 16 MHz, 20 MHz, 25 MHz, 33 MHz, 40 MHz |
2. 특징
68020과 68030은 별도의 68881 칩을 사용하도록 설계되었다. 16진수 "F"로 시작하는 모든 오프코드는 예약된 "F-라인 명령어"로, 인터럽트를 발생시키는 "트랩"을 통해 컴퓨터의 OS로 제어권을 넘긴다. 68881이 시스템에 존재하면 68881이 그 명령어를 실행하고, 존재하지 않으면 OS는 정수 기반의 FPU 에뮬레이터로 명령어를 실행하거나 프로그램에 오류 코드를 출력한다.
68881은 부동소수점 연산에 특화되어 설계되었으며, 범용 CPU 기능은 없다. 명령어에서 주소 계산이 필요할 경우, 68881에 제어권을 주기 전에 메인 CPU가 처리해야 한다.
CPU/FPU는 동시에 동작하도록 설계되었다. CPU가 68881 명령어를 만나면 필요한 피연산자(operand)를 FPU로 넘겨주고 FPU가 결과를 출력하는 동안 다음 명령어를 실행한다.
2. 1. 아키텍처
68881은 8개의 80비트 레지스터를 가지고 있으며, IEEE 754 표준에 정의된 다양한 부동 소수점 수치 표현(단정밀도, 배정밀도, 확장 정밀도) 및 정수, BCD 형식을 지원한다.[2][5] 부동 소수점 연산에 특화되어 설계되었으며, 범용 CPU 기능은 없다. 예를 들어 명령어에서 주소 계산이 필요할 경우, 68881에 제어권을 주기 전에 메인 CPU가 그것을 처리해야 한다.CPU/FPU는 동시에 동작하도록 설계되었다. CPU가 68881 명령어를 만나면 명령어가 필요로 하는 모든 피연산자(operand)를 FPU로 넘겨주고 FPU가 결과를 출력하는 동안 다음 명령어를 실행한다.
| 종류 | 내용 |
|---|---|
| 부동 소수점 레지스터 | 80비트 레지스터 8개 (FP0 ~ FP7) |
| 제어 레지스터 | 예외 활성화, 모드 제어 |
| 상태 레지스터 | 조건, 몫, 예외 상태, 발생 예외 |
| 명령어 주소 레지스터 | 32 비트 주소 |
2. 2. 68882
'''모토로라 68882'''('''MC68882''')는 68881의 개선된 버전으로, 파이프라인 개선과 고클럭화가 이루어졌다. 명령어 세트는 68881과 동일하며, 핀 호환이 가능하다.[3][4] 모토로라는 같은 클럭 속도에서 68881보다 일부 명령어를 40% 더 빠르게 실행한다고 주장했지만, 일반적인 성능에는 반영되지 않았다.
68882는 FSAVE 명령으로 저장되는 상태 정보(프레임)가 68881보다 크다. 68881의 아이들 프레임은 28바이트, 비지 프레임은 184바이트인데 비해, 68882는 아이들 프레임은 60바이트, 비지 프레임은 216바이트이다. 이 때문에 FSAVE 명령으로 저장된 스택 상의 정보를 참조하는 예외 처리 핸들러 작성 시 오프셋 주소에 주의해야 했다. 이러한 변경 사항은 UNIX와 같이 더 많은 공간을 할당하도록 수정해야 했던 선점형 멀티태스킹 운영체제에 영향을 미쳤다.
2. 3. 사용 예시
썬 마이크로시스템즈의 Sun 3 워크스테이션, 애플의 매킨토시 II 제품군, 코모도어의 아미가 3000, 아타리의 TT 및 팔콘 등에 사용되었다.[6] 일부 아미가 및 아타리 서드파티 제품에서는 68000 CPU에 메모리 맵된 주변 장치로 사용되기도 했다.3. 제품 성능
모토로라 68881 및 68882, 그리고 모토로라 68040에 내장된 부동 소수점 장치(FPU)의 성능은 클럭 속도에 따라 달라진다.
| 프로세서 | 클럭 속도 (MHz) | 성능 |
|---|---|---|
| 68881 | 16 | |
| 68881 | 20 | |
| 68881 | 25 | |
| 68882 | 25 | 264 KFLOPS |
| 68882 | 33 | 352 KFLOPS |
| 68882 | 40 | 422 KFLOPS |
| 68882 | 50 | 528 KFLOPS |
| 68040 (내장 FPU) | 25 | 3.5 MFLOPS |
| 68040 (내장 FPU) | 33 | 4.662 MFLOPS |
| 68040 (내장 FPU) | 40 | 5.6 MFLOPS |
68881은 155,000개, 68882는 176,000개의 트랜지스터로 구성되었다. 16MHz 및 20MHz 버전의 68882도 생산되었지만, 성능 자료는 없다. 68040부터는 FPU가 CPU에 통합되었다.[1]
3. 1. 68881
트랜지스터 155,000개로 구성되었다.| 버전 | 성능 |
|---|---|
| 12 MHz | 정보 없음 |
| 16 MHz | |
| 20 MHz | |
| 25 MHz |
3. 2. 68882
68882는 176,000개의 트랜지스터로 구성된 부동 소수점 보조 프로세서이다. 성능은 다음과 같다.| 주파수 | 성능 (KFLOPS) |
|---|---|
| 25 MHz | 264 |
| 33 MHz | 352 |
| 40 MHz | 422 |
| 50 MHz | 528 |
16MHz 및 20MHz 버전의 68882에 대한 성능 자료는 없지만, 실제로 생산되었다.
3. 3. 68040
모토로라 68040부터 부동 소수점 장치(FPU)가 CPU 자체에 통합되었다.[1]| 클럭 속도 | 성능 (MFLOPS) |
|---|---|
| 25 MHz | 3.5 |
| 33 MHz | 4.662 |
| 40 MHz | 5.6 |
위 표는 [http://www.esacademy.com/automation/faq/m68k/ comp.sys.m68k FAQ]에서 인용한 것이다.[1] 16MHz와 20MHz 68882는 생산되었지만, 목록에는 없다.[1]
참조
[1]
서적
High Performance Computing: Modern Systems and Practices
https://books.google[...]
Morgan Kaufmann
[2]
간행물
MC68881 Technical Summary HCMOS Floating Point Coprocessor
https://pdf.datashee[...]
Motorola
[3]
웹사이트
Frequently Asked Questions (FAQ) comp.sys.m68k
http://www.faqs.org/[...]
1996-01-06
[4]
간행물
MC68882 Technical Summary HCMOS Floating Point Coprocessor
https://pdf.datashee[...]
Motorola
[5]
서적
Assembly language and systems programming for the M68000 family
Jones and Bartlett Publishers
1997-11-07
[6]
서적
Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface
Morgan Kaufmann Publishers
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