Freescale MC68HC000FN16

Отличный выбор! MC68HC000FN16 — это один из самых известных и распространённых процессоров в семействе Motorola 68000, который стал сердцем множества легендарных компьютеров, игровых автоматов и промышленных систем.

Описание

MC68HC000FN16 — это 16/32-битный микропроцессор (CISC) с 32-битными внутренними регистрами и 16-битной внешней шиной данных. Он является CMOS-версией (отсюда префикс HC, означающий High-speed CMOS) оригинального процессора MC68000, что обеспечивает значительно меньшее энергопотребление и более высокую тактовую частоту при том же наборе команд.

Ключевая особенность архитектуры 68000 — её чистота и ортогональность: почти все инструкции работают со всеми режимами адресации и типами данных. Это делало его невероятно удобным для программирования на ассемблере и высокоуважаемым в инженерной среде.

Процессор выполнен в керамическом DIP-корпусе с 64 выводами (FN), что было стандартом для настольных компьютеров того времени. Суффикс 16 указывает на максимальную тактовую частоту.

Технические характеристики

• Архитектура: 16/32-битная (32-битные регистры, 16-битная шина данных).
• Набор команд: Полный набор команд Motorola 68000.
• Тактовая частота: 16 МГц (номинальная, максимальная для данной маркировки). Существовали версии на 8, 10, 12.5 МГц.
• Адресное пространство: 16 МБ (24-битная адресная шина).
• Шина данных: 16-битная.
• Процесс: CMOS (низкое энергопотребление по сравнению с NMOS-версией MC68000).
• Корпус: Ceramic DIP-64 (FN). Позже появились версии в PLCC.
• Напряжение питания: +5В.
• Типичное энергопотребление: ~150-200 мВт (при 16 МГц), что значительно меньше, чем у NMOS-версии.
• Особенности:
  • Асинхронная шина (не требует тактового сигнала для подтверждения операций).
  • 7 уровней прерываний.
  • Два режима работы: Пользовательский и Супервизор (привилегированный).
  • Отсутствие встроенного MMU или FPU (устанавливались как сопроцессоры 68451 и 68881/68882 соответственно).

Парт-номера (Part Numbers) и совместимые модели

Это семейство имеет множество маркировок в зависимости от производителя, частоты, корпуса и технологического процесса.

Прямые аналоги и варианты MC68HC000:

• MC68HC000FN16 — базовая модель, керамический DIP-64, 16 МГц.
• MC68HC000FN12 — то же, но на 12 МГц.
• MC68HC000FN10 — то же, но на 10 МГц.
• MC68HC000RC16 — пластиковый DIP-64, 16 МГц (более дешёвый и распространённый вариант).
• MC68HC000P16 / MC68HC000FE16 — другие варианты корпусов (P - пластиковый DIP, FE - керамический PLCC).
• MC68HC001 — версия с программно-конфигурируемой 8/16-битной шиной данных.
• MC68EC000 — "встраиваемая" (Embedded Controller) версия с только 24-битной адресацией (без некоторых сигналов для упрощения системы).

Совместимые модели от Motorola/Freescale (функционально, с улучшениями):

• MC68000 — оригинальная NMOS-версия. Прямо совместима по выводам и командам, но имеет большее энергопотребление. Может быть заменена на HC-версию при соблюдении временных характеристик.
• MC68010 — версия с виртуальной памятью и улучшенной обработкой прерываний. Полная совместимость на уровне команд, но есть отличия в работе некоторых исключений. Корпус DIP-64.
• MC68008 — версия с 8-битной шиной данных и 20-битной адресной шиной (1 МБ). Не совместима по выводам (корпус DIP-48 или PLCC-52), но совместима на уровне ПО.
• MC68012 — версия с 31-битной адресной шиной (2 ГБ) в корпусе с большим количеством выводов. Не совместима по выводам.

Клоны и совместимые процессоры от других производителей:

После истечения патентов MC68HC000 стал производиться многими компаниями. Эти процессоры являются полными аналогами (second source, drop-in replacement):

• X68HC000 — от SGS-Thomson (ныне STMicroelectronics). Очень популярный клон.
• T68HC000 — от Thomson.
• SC68HC000C16 — от Philips.
• MB68HC000 — от Rohm.
• MC68HC000 (серия "K") — лицензионные версии от Hitachi.
• EN68HC000 — от Epson.

Важное примечание: При замене необходимо учитывать не только логическую, но и временную совместимость (тайминги доступа к памяти), а также тип корпуса (DIP, PLCC).

Области применения (исторические и современные)

• Персональные компьютеры: Amiga 500/600/2000, Atari ST, ранние модели Apple Macintosh (серия Macintosh LC, Classic), Sinclair QL.
• Игровые автоматы (аркады): Огромное количество плат на базе 68000 (Sega System 16, Capcom CPS-1, Neo Geo MVS/AES).
• Игровые приставки: Sega Mega Drive/Genesis, Sega CD (как основной CPU).
• Промышленные контроллеры и встраиваемые системы: Благодаря надёжности и удобству архитектуры, 68k долгие годы использовался в телекоммуникационном и промышленном оборудовании.
• Современное использование: До сих пор используется энтузиастами для создания самодельных компьютеров (homebrew computers) и в ретро-модификациях из-за доступности, хорошей документации и простоты построения системы вокруг него по сравнению с более современными процессорами.

Итог: MC68HC000FN16 — это энергоэффективная, высокопроизводительная (для своего времени) CMOS-версия легендарного MC68000, которая стала стандартом де-факто для целой эпохи в вычислительной технике и игровой индустрии.