موتورولا 68040

معالج موتورولا 68040 (" ثمانية وستون أو أربعون ") هو معالج دقيق 32 بت من سلسلة موتورولا 68000 ، عُرضت نماذجه الأولية في أبريل 1989، ^{[ 2 ]} وأُعلن عنه في يناير 1990، ^{[ 3 ]} ولكنه لم يتوفر إلا بكميات محدودة منذ أواخر عام 1990. ^{[ 4 ]} وهو خليفة المعالج 68030 ، ويليه المعالج 68060 ، متجاوزًا المعالج 68050. وتماشيًا مع تسمية موتورولا العامة، يُشار إلى المعالج 68040 غالبًا ببساطة باسم "040" (يُنطق أوه-فور- أو أوه-فورتي ).

كان المعالج 68040 أول معالج من عائلة 680x0 مزودًا بوحدة حسابية للفاصلة العائمة (FPU) مدمجة. وبذلك، احتوى على جميع الوظائف التي كانت تتطلب سابقًا رقائق خارجية، وتحديدًا وحدة حساب الفاصلة العائمة ووحدة إدارة الذاكرة (MMU)، التي أُضيفت في المعالج 68030. كما احتوى على ذاكرتي تخزين مؤقت منفصلتين للتعليمات والبيانات، بسعة 4 كيلوبايت لكل منهما. وكان معالجًا متكاملًا بتقنية خطوط الأنابيب ، بست مراحل. ^{[ 5 ]}

تم تطوير نسخ من معالج 68040 لقطاعات سوقية محددة، منها 68LC040 الذي تم فيه الاستغناء عن وحدة معالجة الفاصلة العائمة (FPU)، و 68EC040 الذي تم فيه الاستغناء عن كل من وحدة معالجة الفاصلة العائمة ووحدة إدارة الذاكرة (MMU). كانت موتورولا قد صممت نسخة EC للاستخدام في الأنظمة المدمجة، ولكن المعالجات المدمجة في ذلك الوقت لم تكن بحاجة إلى قوة معالج 68040، لذا استمر استخدام نسخ EC من معالجي 68020 و68030 في التصاميم.

أنتجت موتورولا عدة مستويات سرعة. لم يتم اعتماد معالجات 16  ميجاهرتز و20  ميجاهرتز (رمز XC) واستُخدمت كعينات أولية. وشملت جميع المعالجات معالجات 25  ميجاهرتز و33 ميجاهرتز، ولكن حتى عام 2000 تقريبًا، كان معالج 40 ميجاهرتز مخصصًا فقط لمعالج 68040 "الكامل" . أُلغي تصميم معالج 50 ميجاهرتز بعد تجاوزه حدود التصميم الحراري .   

أُعلن عن سعر الوحدة الواحدة عند إطلاق المنتج في أوائل عام 1990، وكان 795 دولارًا أمريكيًا (ما يعادل حوالي 2000 دولار أمريكي في عام 2025). ^{[ 3 ]} انخفض هذا السعر إلى 595 دولارًا أمريكيًا للإنتاج بكميات كبيرة في أواخر عام 1990. ^{[ 4 ]} وبحلول أواخر عام 1992، انخفض سعر المعالج بتردد 25 ميجاهرتز إلى 337 دولارًا أمريكيًا ، ^{[ 6 ]} وهو سعر مماثل لسعر معالج Intel 80486DX بتردد 33 ميجاهرتز ، والذي بلغ 328 دولارًا أمريكيًا . ^{[ 7 ]}  

في أجهزة كمبيوتر أبل ماكنتوش ، تم تقديم معالج 68040 في جهاز ماكنتوش كوادرا ، الذي سُمي تيمناً بهذه الشريحة. وكان أسرع معالج 68040 يعمل بتردد 40  ميجاهرتز، وقد استُخدم حصرياً في جهاز كوادرا 840AV . كما استخدمت الطرازات الأغلى ثمناً من سلسلة ماكنتوش سنتريس (التي لم تستمر طويلاً) معالج 68040، بينما استخدمت الطرازات الأرخص ثمناً من كوادرا وسنتريس وبيرفورما ، وبعض طرازات LC المتأخرة، معالج 68LC040 .

تم استخدام 68040 أيضًا في أجهزة الكمبيوتر الشخصية الأخرى ، مثل Amiga 4000 و Amiga 4000T ، بالإضافة إلى عدد من محطات العمل ، وخوادم Alpha Microsystems ، وسلسلة HP 9000 /400، و TOWER 32/750 و 32/825 و 32/850 من شركة NCR، ^{[ 8 ]} و DN5500 من شركة Apollo Computer ، ^{[ 9 ]} والإصدارات اللاحقة من جهاز الكمبيوتر NeXT .

يُستخدم معالج 68040 في أجهزة الكمبيوتر الخاصة بإدارة الطيران (FMC) على متن العديد من طائرات بوينغ 737 ، بما في ذلك جميع طرازات الجيل التالي و MAX ، ^{[ 10 ]} وفي نظام التحكم في الطيران لطائرة ساب JAS 39 غريبن . ^{[ 11 ]}

واجه معالج 68040 مشكلة في استخدام الترانزستورات في المراحل الأولى من التصميم. فبينما لم تتطلب وحدة إدارة الذاكرة (MMU) عددًا كبيرًا من الترانزستورات - بل إن وجودها على نفس شريحة المعالج المركزي (CPU) وفّر في عدد الترانزستورات - إلا أن وحدة معالجة الفاصلة العائمة (FPU) كانت تتطلب عددًا كبيرًا منها. عُرفت وحدة معالجة الفاصلة العائمة الخارجية 68882 من موتورولا بأدائها العالي جدًا، ولم ترغب موتورولا في المخاطرة باستخدام مُكاملِي الأنظمة لإصدار "LC" مع معالج 68882 بدلًا من وحدة "RC" الكاملة الأكثر ربحية. (للحصول على معلومات حول نموذج المعالجة المتعددة من موتورولا مع سلسلة 680x0، انظر موتورولا 68020 ). لم تكن وحدة معالجة الفاصلة العائمة في معالج 68040 قادرة على تنفيذ وظائف IEEE المتسامية ، والتي كانت مدعومة من قبل كل من معالجي 68881 و68882، والتي كانت تُستخدم في برامج توليد الأشكال الكسورية الشائعة في ذلك الوقت، ولم تُستخدم إلا نادرًا. قامت حزمة دعم الفاصلة العائمة (FPSP) من موتورولا بمحاكاة هذه التعليمات برمجيًا باستخدام المقاطعات. وبما أن هذا كان معالج استثناءات، فإن الاستخدام المكثف للوظائف المتسامية تسبب في عقوبات أداء شديدة.

لطالما شكلت الحرارة مشكلةً طوال فترة استخدام معالج 68040. فرغم أنه قدم أداءً يفوق أداء معالجي 68020 و68030 بأكثر من أربعة أضعاف لكل دورة ساعة، إلا أن تعقيد الشريحة واستهلاكها للطاقة كانا ناتجين عن حجمها الكبير وذاكرتها المؤقتة الضخمة. وقد أثر ذلك على قابلية المعالج للتوسع، ولم يتمكن قط من العمل بتردد ساعة يتجاوز 40  ميجاهرتز. كان من المخطط إنتاج نسخة بتردد 50  ميجاهرتز، ولكن تم إلغاؤها. وقد أفاد هواة كسر السرعة  بنجاحهم في الوصول إلى 50 ميجاهرتز باستخدام  مذبذب بتردد 100 ميجاهرتز بدلاً من مذبذب بتردد 80  ميجاهرتز، بالإضافة إلى التقنية الجديدة آنذاك المتمثلة في إضافة مشتتات حرارية كبيرة الحجم مزودة بمراوح.

قدّم معالج 68040 نفس ميزات معالج 80486، ولكنه تفوّق عليه بشكل ملحوظ في عمليات الأعداد الصحيحة والفاصلة العائمة، وفقًا لنتائج اختبارات الأداء التي أجرتها موتورولا. ^{[ 3 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} أشارت قياسات مستقلة لأداء المعالج في عمليات الفاصلة العائمة في أنظمة محطات العمل إلى مكاسب أقل مقارنةً بمعالجي 80486 وSPARC في اختبار LINPACK الذي اختارته موتورولا ، واقتصرت هذه المكاسب إلى حد كبير على عمليات الدقة المزدوجة. ^{[ 15 ]} كما أشارت منشورات الشركات المصنّعة، مثل تلك التي تصف طرازي NeXTstation Color وTurbo Color، إلى تقييمات أقل من تلك التي نشرتها موتورولا. ^{[ 16 ] [ ملاحظة 1 ]}

مع ذلك، تميز معالج 80486 بقدرته على العمل بترددات أعلى بكثير دون مشاكل ارتفاع درجة الحرارة، وسرعان ما أدى إلى ظهور نسخة محمولة منه لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. في عام 1992، طُرحت أجهزة كمبيوتر محمولة من الجيل الجديد مزودة بمعالج 80486، مما جعل سلسلة PowerBook 100 تعتمد على معالج 68030 القديم الذي لم يعد منافسًا، ولم تتمكن آبل من طرح جهاز PowerBook مزود بمعالج 68040 حتى عام 1994 مع إصداري PowerBook Duo 280 و PowerBook 500. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

• قائمة طرازات ماك مصنفة حسب نوع المعالج

• سافارد، جون جي جي (2018) [2007]. "معيار الفاصلة العائمة العشري" . quadibloc . صيغ أخرى حديثة للفاصلة العائمة العشري. مؤرشف من الأصل في 3 يوليو 2018. تم الاسترجاع في 16 يوليو 2018 .

• صفحة ملخص المنتج MC68040 في Wayback Machine (تمت أرشفة بتاريخ 4 مارس 2012)
• معالج دقيق منخفض الطاقة من الجيل الثالث MC68040V ذو 32 بت (PDF)
• دليل مستخدم المعالجات الدقيقة M68040 (ملف PDF)