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PowerPC ist ein RISC-Prozessorarchitektur gemacht von der Apfel-IBM-Motorola Allianz von 1991, besser bekannt als die ZIEL. Die Prozessoren waren ursprünglich für Arbeitsplätze, wurde aber später populär in integrierte Systeme und auch für leistungsstarke Prozessoren. Der PowerPC war der Prozessorteil der gesamten AIM-Plattform und ist die langlebigste Komponente. Architektur hatte ihren Erfolg in der pcMarkt hauptsächlich in Äpfeln Power-Macintosh-eine Reihe von 1994 bis um 2006.

Der PowerPC basierte hauptsächlich auf IBMs früheren LEISTUNGArchitektur und blieb damit sehr kompatibel; die Architekturen blieben so eng beieinander, dass die gleichen Programme und Programme Betriebssysteme, mit etwas Vorsicht beim Übertragen, könnte auf beiden laufen.

Von dieser Prozessorarchitektur gibt es eine 32-Bit- und eine 64-Bit-Variante.

Geschichte

IBM PowerPC 601 Mikroprozessor

Die Geschichte des PowerPC beginnt mit IBM's 801-Prototyp-Chip basierend auf John Cockes Ideen zu RISC am Ende von siebziger Jahre. Die 801-basierten Kerne wurden in einer Reihe von IBM Embedded-Produkten verwendet, was zu dem 16-Register-ROMP-Prozessor führte, der in der IBM RT. Die Leistung des RT war enttäuschend, und IBM hat damit begonnen Amerika-Projekt mit dem Ziel, den schnellsten Prozessor zur Verfügung zu stellen. Das Ergebnis war der LEISTUNGArchitektur, die Anfang der 1990er Jahre in den RISC-System/6000. Diese Architektur wurde ursprünglich von IBM als "PowerPC" bezeichnet. Der Begriff "POWER" wurde einige Jahre später verwendet, um zwischen den Prozessoren von IBM für Server und denen für Desktop- und Embedded-Systeme zu unterscheiden.

Die ursprüngliche POWERMikroprozessor, einer der Ersten superskalar RISC-Implementierungen waren ein Multi-Chip-Design für hohe Leistung. IBM erkannte schnell die Notwendigkeit, den gesamten Mikroprozessor in einen einzigen Chip zu integrieren und einige POWER-Prozessorbefehle loszuwerden, um ihre RS/6000-Linie auf eine leistungsstärkere Maschine zu skalieren, und so begann die Arbeit Chip. Anfang 1991 erkannte IBM, dass das Design das Potenzial hatte, in Massenproduktion hergestellt und in der gesamten Industrie eingesetzt zu werden.

IBM trat an Apple mit dem Ziel heran, bei der Entwicklung einer Familie von Single-Chip-Mikroprozessoren auf Basis der POWER-Architektur zusammenzuarbeiten. Kurz darauf bat Apple Motorola, sich an den Diskussionen zu beteiligen, da Apple aufgrund seiner langjährigen Geschäftsbeziehung, seiner größeren Erfahrung in der Herstellung großer Stückzahlen von Mikroprozessoren als IBM einer der größten Abnehmer von Motorolas Mikroprozessoren für Desktop-Systeme war und an zweiter Stelle rangierte für den Mikroprozessor. Diese Partnerschaft wurde als AIM-Allianz bekannt, nach den Anfangsbuchstaben der Namen der drei Partner, einpple, ichBM, ichotorola.

Für Motorola war POWER ein unglaubliches Angebot. Damit konnte das Unternehmen eine ausgiebig getestete und leistungsstarke RISC-CPU vermarkten, ohne selbst große Investitionen tätigen zu müssen. Darüber hinaus blieben die Verbindungen zu einem Großkunden, Apple, erhalten, und es schien möglich, einen zusätzlichen Kunden zu gewinnen, der kleinere Versionen kaufte, anstatt sie selbst herzustellen.

Motorola hatte zu diesem Zeitpunkt bereits ein eigenes RISC-Design in Form des 88000 die sich schlecht verkauft haben. Ein oft genannter Grund dafür ist, dass der Prozessor nicht mit seinem berühmten kompatibel war 68000, die in der verwendet wurde Apple Macintosh. Ein wahrscheinlicherer Grund ist, dass Motorola-Chips aufgrund schlechter Designpraktiken und Herstellungsproblemen systematisch zu spät auf den Markt gekommen sind, um tragfähige Konkurrenten für Designs wie die MIPS und der SPARC, der den 88000 besiegte.

Der 88000 war jedoch bereits in Produktion; Termine Allgemein vertrieb bereits die 88000-basierten Computer und Apple hatte bereits Prototypen, die auf den 88000-basierten Computern liefen. Wenn der neue POWER-Chip auf Hardware-Ebene mit dem 88000-Chip buskompatibel gemacht werden könnte, würde dies sowohl Apple als auch Motorola ermöglichen, ihre Maschinen schneller auf den Markt zu bringen, da sie die Motherboard-Architektur nicht neu entwerfen müssten.

Das Ergebnis dieser unterschiedlichen Anforderungen war der PowerPC (pLeistung Cwird bearbeitet)-Spezifikation. Es schien, dass alle einen Gewinn daraus machten:

• IBM bekam die gesuchte Single-Chip-CPU praktisch umsonst.
• Apple hat eine der leistungsstärksten RISC-CPUs auf dem Markt und aufgrund des Rufs von IBM viel Aufmerksamkeit bekommen.
• Motorola einen aktuellen RISC-Chip kostenlos zur Verfügung und helfen bei ihren Designmethoden von IBM.

Aber dieselben Herstellungsprobleme, mit denen Motorola zuvor konfrontiert war, spielten der AIM-Allianz einen Streich und verlangsamten die Einführung neuer Prozessoren durch Apple und andere Computerhersteller: zuerst für Motorola in den Die Neunziger mit dem G4Prozessoren und später IBM mit dem 64-Bit-G5-Prozessor im Jahr 2003. Im Jahr 2004 verließ Motorola die Branche, indem es die Prozessorproduktion vom Unternehmen trennte separating Freescale Semiconductor. Ungefähr zur gleichen Zeit stieg IBM aus dem PC-Markt aus, indem es seine Produktlinie (die auf Intel-Prozessoren basiert) an den chinesischen Computerhersteller verkaufte. Lenovo und gezielte CPUs basierend auf dem PowerPC-Chipdesign auf Spielekonsolen und deren Herstellern, wie z Nintendos Wii, Sony's Playstation 3 und MicrosoftsXbox 360. Im 2005 Apple kündigte an, die PowerPC-Prozessoren in ihren Macintosh-Computern nicht mehr zu verwenden, und fortan IntelProzessoren unter Berufung auf die Leistungseinschränkungen des Chips für zukünftige PC-Hardware aufgrund von Wärmeentwicklung und steigendem Stromverbrauch sowie die Unfähigkeit von IBM, den 970 (PowerPC G5) Prozessor auf eine Taktrate von etwa 3 GHz. Dies wurde als PRProblem für IBM, da die Entscheidung aufgrund ihrer Unfähigkeit getroffen wurde, mit Intel und anderen Konkurrenten in Bezug auf Geschwindigkeit und Architekturverbesserungen zu konkurrieren. Dies war das faktische Ende der AIM-Allianz, wobei IBM weiterhin den PowerPC-Prozessor für Spielekonsolen verwendet und entwickelt und Freescale Semiconductor sich ausschließlich auf eingebettete Geräte konzentriert.

Dies macht die Zukunft der PowerPC-Plattform für alles andere als eingebettete Geräte ungewiss. Die ursprüngliche POWER-Architektur, die IBM entwickelt hat und von der der PowerPC abgeleitet ist, ist noch am Leben und wird von IBM immer noch auf Servern für große Unternehmen angeboten. Diese Architektur wird bis heute weiterentwickelt.

Design-Merkmale

Der PowerPC ist nach den RISCPrinzipien und macht eine superskalare Implementierung möglich. Es gibt 32-Bit- und 64-Bit-Versionen. Basierend auf der POWER-Spezifikation wurde dem PowerPC Folgendes hinzugefügt:

• Unterstützung für die Verwendung sowohl in der Big Endian als die Little EndianModus; der PowerPC kann während der Laufzeit von einem Modus in einen anderen wechseln. (sehen Unten). Diese Eigenschaft wird nicht von der . unterstützt PowerPC G5. (Das war der Grund, warum es so lange gedauert hat Virtueller PC arbeitete auf Macintoshs basierend auf dem G5.)
• Formulare in einzigartiger Genauigkeit einiger Anweisungen für Gleitkommazahlen, zusätzlich zu den bestehenden Formularen.
• Zusätzliche Anweisungen für Gleitkommazahlen für Apple.
• Eine vollständige 64-Bit-Spezifikation, die mit dem 32-Bit-Modus abwärtskompatibel ist.
• Entfernen der eher esoterischen POWER-Anweisungen, von denen einige von der . emuliert werden könnten Betriebssystem.

Endian-Modi

Im Little-Endian-Modus sind die drei niederwertigsten Bits der effektiven Adresse exklusiv-ORed mit dem Drei-Bit-Wert, der basierend auf der Länge des Operanden gewählt wird. Dies ist nicht ganz dasselbe wie ein echter Little-Endian-Modus und kann bei der Kommunikation mit externen Geräten zu Problemen führen.

Theoretisch kann die Byte-Reihenfolge des Prozessors umgeschaltet werden, während der Computer läuft, wodurch gleichzeitig Big- und Little-Endian-Programme unterstützt werden, wodurch es möglich ist, ein Programm in einem Modus auszuführen, und Ausnahmehandler (d. h. das Betriebssystem) im anderen. Normalerweise wäre dies aufgrund der Interaktion mit externen Geräten, die ihre eigene Byte-Reihenfolge haben, sehr schwierig.

Ein interessanter Nebeneffekt dieser Implementierung ist, dass ein Programm in einem Endian-Modus einen 64-Bit-Wert (das größte gängige Format für einen Operanden) an eine Adresse A schreiben kann, in einen anderen Modus wechseln kann und wenn der Wert erneut von Adresse gelesen wird A, dann ist es identisch, obwohl sich der Prozessor nun anscheinend im anderen Endian-Modus befindet.

Design-Implementierungen und Vorteile

Die erste Single-Chip-Implementierung des Designs war der MPC601, der sowohl auf den POWER1- als auch auf den PowerPC-Spezifikationen basierte und in veröffentlicht wurde 1992. Dies ermöglichte es IBM, den Chip in ihrer bestehenden POWER1-basierten Plattform zu verwenden, obwohl dies beim Übergang zu "reinen" PowerPC-Designs der zweiten Generation zu Problemen führte. Apple entwickelte weiterhin eine neue Reihe von Macintosh-Computern auf Basis des Chips und veröffentlichte sie als 601-basierte Power-Macintosh auf 14. März1994.

IBM hatte auch eine vollständige Produktlinie von PowerPC-basierten Desktop-Systemen gebaut und bereit für den Vertrieb; leider war das Betriebssystem, das IBM installieren wollte, —MicrosoftWindows NT- loslegen 1993 noch nicht fertig, während die Maschinen bereits marktreif waren. Weil IBM sich auch mit Microsoft gestritten hatte, entschied es OS/2 für den PowerPC umschreiben. Dies dauerte zwei Jahre, und als das Betriebssystem fertig war, war der OS/2-Markt für den PowerPC verschwunden. Daher wurde der IBM PowerPC Desktop-Computer nicht freigegeben, obwohl das Referenzdesign (Codename Sandalbow), das auf dem PowerPC 601-Prozessor basierte, als RS/6000-Modell freigegeben wurde.

Apple, dem auch ein Betriebssystem für den PowerPC fehlte, ging einen anderen Weg. Sie schrieben wesentliche Teile ihrer Mac OS Betriebssystem für die PowerPC-Architektur und schrieb weiter a 680X0-Emulator, auf dem der Rest des unveränderten Betriebssystems und für die 68K entsprechende Anwendungen auszuführen.

Die zweite Generation war „pur“ und verfügte über einen „Low End“ 603 und einen „High End“ 604. Der 603 zeichnete sich durch seinen geringen Preis und Stromverbrauch aus. Dies geschah mit einem Designziel von Motorola, das mit dem 603-Projekt den Grundstein für alle zukünftigen Generationen von PPC-Chips legte. Apple hat versucht, den 603 in einem neuen Design anzuwenden Laptop, aber sie konnten dies aufgrund der kleinen 8KB-Ebene 1 nicht tun Zwischenspeicher. Der 68000-Emulator im Mac-Betriebssystem passte nicht in 8 KB, was den Computer dramatisch langsam machte. Dieses Problem wurde im 603. mit einem 16kB l1-Cache behoben, der es dem Emulator ermöglichte, effizient zu laufen.

Im 1993 Entwickler begannen im IBM-Werk in Burlington, Vermont eine Version des PowerPC entwickeln, die das Intel® verwendet x86Befehlssatz direkt unterstützt. Während bei IBM ohne Unterstützung der AIM-Allianz daran gearbeitet wurde, wurde dieser Chip bei IBM und in den Medien als PowerPC 615 bezeichnet. Da er unterbewertet war und es beim Wechsel zwischen x86 und dem proprietären PowerPC-Befehl Leistungsprobleme gab Sets führten dazu, dass das Projekt 1995 wurde eingestellt, nachdem eine begrenzte Anzahl von Chips für interne Tests hergestellt wurde.^[1]

Die erste 64-Bit-Implementierung war die 620, aber sie scheint wenig genutzt worden zu sein, weil Apple sie nicht kaufen wollte, und die Größe der Das es war zu teuer für den Embedded-Markt. Es war später und langsamer als versprochen, und IBM verwendete sein eigenes POWER3-Design und bot bis zur Einführung des keine "kleine" 64-Bit-Lösung an Power-PC 970 am Ende von 2002. Der 970 ist ein 64-Bit-Prozessor, der vom POWER4-Serverprozessor abgeleitet ist. Um dies zu erreichen, wurde der POWER4-Kern so geändert, dass er abwärtskompatibel mit den 32-Bit-PowerPC-Prozessoren ist, und a Vektoreinheit, ähnlich wie AltivecErweiterungen der 74xx-Serie von Motorola, wurde hinzugefügt.

IBMs RS64Familie ist eine modifizierte PowerPC-Architektur. Diese Prozessoren werden in der RS/6000- und AS/400-Computerfamilien.

Zahlenmäßig ist der PowerPC am häufigsten in Fahrzeugsteuerungen zu finden. In dieser Funktion hat Freescale Semiconductor eine große Anzahl von Versionen namens MPC5xx-Familie angeboten, wie beispielsweise den MPC555, der auf einer Variante des 601-Kerns namens 8xx basiert und in Israel von MSIL (Motorola Silicon Israel Limited) entwickelt wurde. Der 601-Kern ist ein einzelnes Problem, was bedeutet, dass er nur einen Befehl in einem Taktzyklus ausgeben kann. Dazu kommen mehrere Sonderhardware, um die IO auf einem einzigen Chip.

Networking ist ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich, in dem eingebettete PowerPC-Prozessoren zu finden sind. MSIL hat die QUICC-Engine vom MC68302 übernommen und daraus die PowerQUICC MPC860 entwickelt. Dies war ein sehr berühmter Prozessor, der in vielen verwendet wurde CiscoEdge-Router wurden in den späten 1990er Jahren eingeführt.Zu den Varianten des PowerQUICC gehören der MPC850 und der MPC823/MPC823e. Alle Varianten enthalten eine eigene RISC-Mikroengine, den sogenannten CPM, die den Zentralprozessor von allen Aufgaben der Kommunikationsverarbeitung entlastet und über DMA-Funktionen verfügt. Der Nachfolger dieser Familie, der MPC8260, hat einen 603e-basierten Kern und einen anderen CPM.

Zu den in PowerPC-Systemen verwendeten Betriebssystemen gehören die LynxOS Echtzeit-Betriebssystem und BlueCat Embedded Linux von LynuxWorks.

Anwendung

PowerPC-Prozessoren wurden in vielen Produkten verwendet, einschließlich der folgenden: Apple Macintosh Post-68kModelle (genannt PowerMacs), IBM RS/6000 UNIX-Workstations, CiscoRouter, Amiga Post-68kModelle (AmigaOne erwähnt), Amiga "Klassische" Beschleunigerboards, Pegasos (ein Commodore-Amiga-Klon), der NintendoSpielwürfel Videospielkonsole und viele eingebettete Systeme wie TiVo persönlicher Videorekorder. PowerPC-basierte CPU-Upgrades zur Verwendung in Macintosh-Systemen werden hergestellt von Sonnet-Technologien, Tagesstern und vorher von Neuere Technologie der damals Marktführer war. Im 2003, NASA startete zwei MarsEntdecker (Spirit und Opportunity) mit PowerPC-Prozessoren, im Wesentlichen ein knallharter 604e.

Alle drei großen Spielekonsolenhersteller haben angekündigt, dass ihre Konsolen der sechsten Generation PowerPC-basierte Prozessoren enthalten werden:

• Sonys Playstation 3Konsole, die im Frühjahr erscheinen wird 2007 ist rausgekommen, hat ein Zellprozessor, das einen 3,2-GHz-PowerPC-Steuerungsprozessor mit acht eng gekoppelten DSP-ähnlichen 3,2-GHz-Beschleunigerprozessoren beherbergt, sieben aktive und einen Ersatzprozessor.
• Microsofts Xbox 360Konsole, die um die Feiertage von 2005 herausgekommen ist, enthält einen benutzerdefinierten 3,2 GHz IBM PowerPC-Chip mit drei symmetrischen Kernen.
• Das Nintendo WiiKonsole, die im Dezember erscheinen wird 2006 veröffentlicht wurde, verwendet den IBM "Broadway"-Prozessor, der mit 90-nm-SOI-CMOS-Technologie hergestellt wird.

Allzweck-PowerPC-Prozessoren

PowerPC-Prozessoren bringen den lokalen Bus des Chips an die Oberfläche und verbinden sich mit einem Brückenchip, der dies in andere Onboard-Gerätebusse übersetzt, die mit dem RAM, PCI und anderen Geräten verbunden sind.

• 601 MPC601 50 und 66MHz
• 602 Konsumgüter (Multiplexer Daten-/Adressbus)
• 603 Notizbücher
• 603.
• 604
• 604.
• 620 die erste 64-Bit-Implementierung
• x704 BiCOMOS PowerPC-Bereitstellung durch Exponential Technologies
• 750 (PowerPC G3) (1997) 233MHz und 266MHz, 740, 745, 755
• 7400 (PowerPC G4) (1999) 350MHz, 7410 gebraucht AltiVec, ein SIMD Erweiterung der ursprünglichen PPC-Spezifikationen
• 750FX von IBM 2001 angekündigt und ab Anfang 2002 auf 1 GHz verfügbar
• 7450 Mikroarchitekturfamilie
• 970 (PowerPC G5) (2003) Eine 64-Bit-Implementierung, abgeleitet von IBM POWER4 und erweitert mit VMX (AltiVec-kompatible SIMD-Erweiterungen) mit Geschwindigkeiten von 1,4 GHz, 1,6 GHz, 1,8 GHz, 2,0 GHz, 2,1 GHz, 2,3 GHz, 2,5 GHz und 2,7 GHz
• Gekko 485 MHz (verwendet in der Nintendo GameCube)

Eingebettete PowerPC-Mikrocontroller

32-Bit-PowerPC-Prozessoren werden von Embedded-Computer-Designern geliebt. Um die Kosten bei hochvolumigen Konkurrenzprodukten gering zu halten, wird der CPU-Kern meist in ein System-on-Chip (SOC) integriert. SOCs enthalten den Prozessorkern, den Cache und die lokalen Daten des Prozessors auf dem Chip, zusammen mit Taktgeber, Timer, Speicher (SDRAM), Peripheriecontroller (Netzwerk, serielle E/A) und Buscontroller (PCI, PCI-X, ROM/Flash-Bus I2C). IBM bietet auch eine offene Busarchitektur (genannt CoreConnect) an, um die Verbindung des Prozessorkerns mit dem Speicher und der Peripherie in einem SOC-Design zu vereinfachen. IBM und Motorola haben auf parallelen Entwicklungslinien in sich überschneidenden Märkten konkurriert. Eine neuere Entwicklung ist die BookE PowerPC-Spezifikation, die sowohl von IBM als auch von Freescale Semiconductor implementiert wurde und eingebettete Erweiterungen für das PowerPC-Programmiermodell definiert.

IBM (jetzt AMCC)

• 401
• 403: MMU in der fortschrittlichsten Version hinzugefügt 403GCX
• 405: MMU, Ethernet, seriell, PCI, SRAM, SDRAM; NPe405 fügt weitere Netzwerkgeräte hinzu
• 440xx: Eine Reihe von Prozessoren basierend auf dem Book-E-Kern.
  • 440GP: 400-500MHz, (2) 10/100 Ethernet, PCI-X, DDR, 32k L1-Cache.
  • 440GX: 533-800 MHz, (2) 10/100 Ethernet, (2) 10/100/1G Ethernet mit TCP/IP Hardwarebeschleunigung, PCI-X, DDR, 32k L1 Cache
  • 440SP: 533-667 MHz, 10/100/1G Ethernet, (2) 64bit PCI-X, 32bit PCI-X, 32k L1-Cache.
  • 440SPe: 533-667 MHz, 10/100/1G Ethernet, (3) 64bit PCI-Express, 64bit PCI-X, 32k L1 Cache.
  • 440EP: 333-667 MHz, (2) 10/100 Ethernet, PCI, DDR, FPU, USB 1.1 & 2.0, 32k L1-Cache.
  • 440EPx: 333-667 MHz, (2) 10/100/1G Ethernet, Hardwaresicherheit, PCI, DDR-II, FPU, USB 2.0, 32k L1-Cache.
  • 440GR: 333-667 MHz, (2) 10/100 Ethernet, (4) UART, (2) IIC, 53 GPIO, SPI, 32k L1-Cache.
  • 440GRx: 333-667 MHz, (2) 10/100/1G Ethernet, (4) UART, (2) IIC, 53 GPIO, SPI, DDR-II, Hardwaresicherheit, 32k L1-Cache.

Motorola (jetzt Freescale Semiconductor)

• MPC 860 (PowerQUICC): Benutzerhandbuch
• MPC 860/8xx (PowerQUICC): Netzwerk- und Telekommunikationskarten-Controller
• MPC 550/5xx-Reihe: (8xx-Core) Automotive- und Industriesteuerungen
• MPC 8260/82xx (PowerQUICC II) ein 603-Core-, Netzwerk- und Telekommunikationssystem-Controller mit hoher Kapazität, On-Chip-Switched-Bus
• MPC 8560/85xx (PowerQUICC III) a PowerPC-Buch E Kern-, Netzwerk- und Telekommunikations-Systemcontroller mit noch höherer Kapazität auf dem Chip

Externe Links

• Ein Entwicklerleitfaden zur PowerPC-Architektur– IBM Developer Works
• PowerPC Bilder und Beschreibungen auf cpu-collection.de
• freescale.comFreescale Semiconductor
• power.org IBMs Power-Website
• IBM, Apple, RISC und die Wurzeln des Power Mac
• OS/2 Warp, PowerPC-Edition Rezension von Michael Necasek 2005
• BirnePC - PowerPC-Emulator
• Eingebettete APM-Prozessoren