Zahlen, bitte! 68000 Transistoren für Homecomputing in 16/32-Bit
Motorolas MC68000-Prozessor war Grundstein für die 16/32-Bit Generation der Homecomputer und wäre fast das Herz des IBM-PCs geworden.
Apples erste Mac-Generation nutzte ihn. Der Amiga wurde von ihm inspiriert und um ihn entwickelt, wie auch der Atari ST. Der MC68000-Prozessor von Motorola wurde der Standard für die Homecomputer-Nachfolge der legendären 8-Bitter und zeitweise eine ernstzunehmender Alternative zu IBM-PCs.
"Motorola's Advanced Computer System on Silicon" war der sperrige Name, unter dem 1976 die Entwicklung des MC68000 und damit der Ursprung der 68k-Generation begann. Motorola orientierte sich beim Architekturdesign an den legendären IBM360-Mainframes, allerdings mit linearen Adressbereich; die Entwickler scherten sich auch sonst nicht um alte Zöpfe der frühen CPU-Entwicklung, sondern schnitten sie einfach ab.
Den Namen bekam der 68000er nicht etwa von seinen 68000 Transistoren, sondern als Nachfolger des 8-Bit-Prozessors Motorola 6800 (den ansonsten außer Bezeichnung und gewisser Kompatibilität zur Verwendung gleicher Peripherie - allerdings nichts mit dem MC68000 verbindet.). Gefertigt wurde er als CISC-Prozessor in HMOS und in 3,5 µm; er war zu Beginn in Versionen mit 4 MHz, 6 Mhz oder 8 MHz im Handel.
(Bild: CC-BY 4.0,Sebastian Koppehel )
16/32 statt nur 16 Bit
Zu seinem Erscheinen übersprang er fast eine Generation: Gleich in 32 Bit sind sowohl intern das Register wie auch der lineare Adressraum. Nach außen hin ist der Adressraum allerdings nur in 24 Bit. Das bedeutet, dass die CPU statt 4 Gigabyte nur 16 Megabyte Arbeitsspeicher adressieren konnte - was immer noch 15 Megabyte mehr sind als beim Intel 8088. Der Datenbus wiederum war in 16 Bit wie auch das Statusregister.
Dieser Zwitter des 68k zwischen 16 und 32 Bit findet sich später im Namen vom Atari ST wieder – ST steht dabei für "Sixteen/Thirtytwo". Somit galten gemäß dem Grundsatz, das die Einheit nur so schnell ist wie das langsamste Glied, die ersten Atari ST und Commodore Amiga im Allgemeinen als Vertreter der 16-Bit-Generation (auch wenn in der Szene bis heute über die Klassifizierung mit Leidenschaft gestritten wird).
Unstrittig ist, dass ab dem MC68020 das Design vollwertig 32 Bit war. Der MC68010 war eine Optimierung des 68000ers, genau wie der 68030 eine Optimierung des 68020 darstellt. Die 68040- und 68060-Prozessoren waren wiederum große Entwicklungsschritte. 68050 und 68070 als Zwischenschritte waren zwar geplant, wurden aber nie umgesetzt.
Fast IBM-kompatibel
Nicht verwirklicht wurde auch der ursprüngliche Plan von IBM, auf den MC68000 anstatt auf Intels 8088 zu setzen. In der Vorauswahl war er durch seine internen 32 Bit und dem großzügigen Adressbus eigentlich den anderen Prozessoren haushoch überlegen. Es scheiterte schlicht an der Marktverfügbarkeit: IBM wollte seinen PC schnell auf den Markt werfen (was man an allen Ecken und Enden merkt) – Motorola konnte schlicht die gewünschten Mengen nicht liefern, sodass sich IBM an Intel wandte, die liefern konnten.
Stattdessen kam der MC68000 in Workstations wie von Apollo, HP, SUN oder SGI in Einsatz. Steve Jobs erster 68k-Versuch war übrigens nicht 1984 der Mac, sondern ein Jahr zuvor Apples Lisa. Ein Rechner zwar mit Mausbedienung, 5,09 MHz und zukunftsweisenden Betriebssystem, aber mit 9995 US-Dollar (umgerechnet rund 30.000 DMark) selbst für Apple-Verhältnisse sehr teuer. Die Rechner blieben wie Blei in den Regalen leigen. Der Durchbruch gelang erst mit der Mac-Baureihe ein Jahr später.
Zur gleichen Zeit kam mit dem Sinclair QL knapp vor dem Amiga der erste Homecomputer mit präemptivem Multitasking. Allerdings war er mit der 68008-Variante des 68k nicht nur ca. 15% schwachbrüstiger gegenüber dem 68000 aufgrund des langsamen 8-Bit-Adressbusses. Der QL war auch wegen seines geringen Speichers von 128 KByte, fehleranfälligem Betriebssystems und fummeligen Bandlaufwerken nicht wirklich konkurrenzfähig zu den kurze Zeit später erscheinenden Amiga 1000 und Atari ST.
Amiga und Atari ST als breite Basis für 68k
Der Amiga ist eine Folge der Markteinführung des 68000. Chefentwickler Jay Miner war dermaßen von der Leistungsfähigkeit beeindruckt, dass er einen Computer dafür entwickeln wollte. Und gegen aller Widerstände hat er es dann auch geschafft. Der Atari ST war Jack Tramiels Antwort auf die Entwicklung des Amiga, und er erschien sogar einen Hauch früher.
Beide Systeme waren über Jahre unter verschiedenen Voraussetzungen erfolgreich und brachten der 68k-Architektur eine hohe Verbreitung. Und auch den Basteltrieb förderte die Prozessorentwicklung: Mittels des c't Projekts "Prozessor-Austausch-Karte" PAK 68 wurden über mehrere Varianten Amigas, Atari ST und Macs durch Prozessoraufrüstung erheblich beschleunigt. Den gleichen Job erledigen bis heute Turbokarten wie die Blizzard-Reihe beim Amiga oder CT60 beim Atari Falcon.
Erstveröffentlichung: 1979
Gefertigt: in 3,5 µm
Anzahl Transistoren: 68000
Takt: 4-16 MHz
Anzahl Befehle: 56
(Löschen, Addieren, Subtrahieren, Kopieren, Ändern, Laden, etc.)
Kombinierbar in bis zu 1000 Variationen
32 Bit (intern): Register, und linearen Adressraum
24 Bit: externer Adressraum
16 Bit: Statusregister und Datenbus
Auch in Konsolen wie dem Sega Mega Drive und der NeoGeo wurden mit 68k-CPUs ausgeliefert. Als absehbar wurde, dass die PC-x86-Entwicklung die Entwicklung des 68k-Prozessors überholt und die 68k Plattformen nach und nach vom Markt verschwanden, wurden mit dem Coldfire sowie PowerPC Nachfolger geschaffen.
68k heute
In verschiedenen Texas-Instruments-Taschenrechnern werkelt MC68000 genau wie in der Elevator Aileron Computer (ELAC), der Teil der Airbus A320-Flugsteuerung ist. Es existieren FPGA-Projekte wie der MiST oder Apollos Vampire, die ganze 68k-Retrosysteme nachbilden. Weiterhin gibt es auch Prozessorkarten für Amiga und Atari ST, die aber mit dem Problem zu kämpfen haben, dass zumindest die späteren 68k-Generationen immer schwieriger zu bekommen sind.
Und auch aus anderen Gründen droht Ungemach: Die Softwareentwicklung über die GNU Compiler Collection (GCC) ist bedroht. Derzeit ist 68k als CPU-System noch mit eingeschlossen, doch droht durch die Umstellung aufs neue Backend-Modell der 68k aus der 2021 erscheinenden GCC 11 zu fliegen, wenn er nicht auf den neuen Stand gebracht wird. Via Crowdfunding wird Geld gesammelt, um damit einen Entwickler zu bewegen, die 68k-Backends auf die neue Version zu aktualisieren.
Der Zweikampf zwischen Atari und Amiga ist natürlich auch Thema der kürzlich erschienenen c't Retro 2019, die es am Kiosk, im heise Shop, im Browser und in der c't-App für iOS und Android gibt. c't-Abonnenten haben das Heft bereits erhalten. Das Heft war auch Thema in Folge 29.7 des c't uplink.
(mawi)
