موتورولا 88000

دخلت موتورولا عقد الثمانينيات وهي في موقع قوة؛ إذ تفوق معالجها موتورولا 68000، الذي طُرح حديثًا، بسهولة على أي معالج دقيق آخر في السوق، وكانت بنيته 32 بت ملائمة تمامًا لسوق محطات العمل الناشئة . لم تكن إنتل تتجه بقوة نحو مجال المعالجات 32 بت، أما شركات المعالجات التي فعلت ذلك، ولا سيما ناشيونال سيميكوندكتور ، فقد أخطأت في إصداراتها، مما ترك موتورولا تسيطر على كل ما عدا إنتل . في ذلك الوقت، كانت إنتل تستحوذ على حوالي 80% من سوق الحواسيب الإجمالي، بينما سيطرت موتورولا على 90% من النسبة المتبقية.

في خضم ذلك، ظهر مفهوم RISC في أوائل ثمانينيات القرن العشرين. في البداية، دار جدل حاد في أوساط الصناعة حول ما إذا كان هذا المفهوم سيُحسّن الأداء فعلاً، أم أن برامج لغة الآلة الأطول ستُبطئ التنفيذ بسبب عمليات الوصول الإضافية إلى الذاكرة. انتهى هذا الجدل بحلول منتصف الثمانينيات مع ظهور أولى محطات العمل القائمة على RISC؛ حيث حقق أحدث طراز من Sun-3/80 ، الذي يعمل بمعالج Motorola 68030 بتردد 20  ميجاهرتز ، أداءً يقارب 3 ملايين عملية حسابية في الثانية (MIPS)، بينما حقق أول طراز من Sun-4/260، الذي يعمل بمعالج SPARC بتردد 16 ميجاهرتز، أداءً يقارب 10 ملايين عملية حسابية في الثانية (MIPS). وبدأت شركات Hewlett-Packard و DEC وغيرها من الشركات الكبرى في التحول إلى منصات RISC. 

كان لهذا التحول في السوق القدرة على إقصاء موتورولا من سوق محطات العمل، أحد معاقلها القليلة وأكثرها ربحية. وظلت آبل المورد الرئيسي الوحيد للشركة خارج مجال محطات العمل؛ أما مستخدمو معالج 68000 الآخرون، ولا سيما شركة أتاري وشركة كومودور إنترناشونال ، فقد كانوا يعانون في سوق كانت تتجه بسرعة نحو توحيد المعايير على أجهزة الكمبيوتر الشخصية المتوافقة مع IBM . ^{[ 1 ]}

كانت تصميمات RISC جهدًا واعيًا لتكييف المعالج مع أنواع العمليات التي تستدعيها المترجمات على تلك المنصة، وفي حالة محطات عمل يونكس، لغة البرمجة C. لاحظ مشروع IBM 801 الرائد أن المترجمات عمومًا لا تستخدم الغالبية العظمى من التعليمات المتاحة لها، بل تستخدم أبسط نسخة منها، غالبًا لأنها الأسرع أداءً. ومع ذلك، فإن الدوائر التي توفر النسخ الأخرى من هذه التعليمات تضيف عبئًا إضافيًا حتى على أبسط نسخة. أدى إزالة هذه التعليمات غير المستخدمة من وحدة المعالجة المركزية إلى التخلص من هذا العبء الإضافي وتوفير مساحة كبيرة على الشريحة. أتاح ذلك زيادة عدد سجلات المعالج ، مما كان له تأثير أكبر بكثير على الأداء من تأثير إزالة التعليمات الخاصة بالحالات الخاصة. لهذا السبب، يمكن القول إن مفهوم RISC مستوحى من التصميم الواقعي للمترجمات. ^{[ 2 ]}

تتحدث مقالات موتورولا عن تصميم 88000 عن التعليمات أحادية الدورة، وملفات سجلات المعالج الكبيرة ، وغيرها من السمات المميزة لمفهوم RISC، لكنها لا تذكر كلمة "RISC" ولو لمرة واحدة. ^{[ 3 ]} ولأن تصاميم RISC الموجودة كانت قد دخلت السوق بالفعل، قررت الشركة عدم محاولة منافستها، والتركيز بدلاً من ذلك على إنتاج أقوى معالج في العالم. ولتحقيق ذلك، استعانت الشركة بملاحظات تصميمية من أحد أسرع الحواسيب في حقبة سابقة، وهو الحاسوب العملاق CDC 6600. وعلى وجه الخصوص، تبنت مفهوم لوحة النتائج الخاص بالحاسوب 6600. سمحت لوحة النتائج لوحدة المعالجة المركزية بفحص استخدام التعليمات للسجلات، وإرسال تلك التي لا تعتمد على حسابات سابقة لم تكتمل بعد على الفور؛ مما سمح بإعادة ترتيب التعليمات للسماح بتنفيذ تلك التي تحتوي على بياناتها المطلوبة، بينما يتم تحميل بيانات التعليمات الأخرى من الذاكرة المؤقتة أو الذاكرة الرئيسية. ويمكن أن يؤدي إعادة ترتيب التعليمات هذا إلى تحسين الاستخدام بنسبة تصل إلى 35%. ^{[ 4 ]}

استخدم التصميم أيضًا ناقلات عناوين منفصلة للبيانات والتعليمات. كان هذا مكلفًا من حيث عدد الأطراف؛ إذ احتوت كل من ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات وذاكرة التخزين المؤقت للبيانات على 32 طرفًا للعناوين و32 طرفًا للبيانات، ما يعني أن النظام بأكمله استخدم 128 طرفًا على ناقل "P". استند هذا التصميم إلى ملاحظة أن ثلث العمليات فقط تقريبًا كانت متعلقة بالذاكرة؛ أما الباقي فكان يعمل على بيانات تمت قراءتها مسبقًا. وقد رجّح هذا بشدة وجود مسار تعليمات مخصص إلى ذاكرة تخزين مؤقت خارجية للتعليمات. كانت ذاكرات التخزين المؤقت ووحدات إدارة الذاكرة (MMU) المرتبطة بها خارجية في البداية، ويمكن توصيل وحدة تحكم ذاكرة التخزين المؤقت إما بناقل البيانات أو ناقل التعليمات، ويمكن استخدام ما يصل إلى أربع وحدات تحكم على أي من الناقلين. داخليًا، كانت هناك ثلاث ناقلات 32 بت، متصلة بالوحدات الداخلية بطرق مختلفة حسب الحاجة لقراءة البيانات وكتابتها في المسجلات. ^{[ 5 ]}

من الميزات الأخرى للتصميم الجديد دعمه المدمج للمعالجات المساعدة المتخصصة، أو "وحدات الوظائف الخاصة" (SFUs). ^{[ 5 ]} بالإضافة إلى الأوامر الداخلية المدعومة افتراضيًا، خصص التصميم مجموعات من 256 تعليمة يمكن استخدامها بواسطة المعالجات المساعدة. كان هذا موجهًا للمصممين الراغبين في تخصيص النظام؛ إذ يمكن إضافة وحدات وظيفية جديدة دون التأثير على بنية مجموعة التعليمات الحالية ، مما يضمن توافق البرامج للوظائف الرئيسية. ^{[ 2 ]} كل معالج 88000 يأتي مزودًا بوحدة SFU1، وهي وحدة الفاصلة العائمة (FPU). ^{[ 5 ]} تتضمن تعليمات التفرع والقفز خيار التفرع المؤجل (.n)، والذي يمكن تحديده لضمان تنفيذ التعليمات التسلسلية اللاحقة قبل تعليمة هدف التفرع، بغض النظر عن حالة التفرع. ^{[ 6 ]} تم إيقاف استخدام تعليمة التفرع أو أي تعليمة أخرى قد تغير مؤشر التعليمات في خانة تأخير التفرع للحفاظ على التوافق المستقبلي. ^{[ 7 ]}

بحلول عام 1987، كان من المعروف على نطاق واسع أن شركة موتورولا كانت تصمم معالج RISC الخاص بها. وقد أطلق عليه قطاع صناعة الحواسيب اسم "78000"، ^{تكريماً للمعالج السابق} 68000، ^{ثم أصبح يُعرف} باسم 88000 عند إصداره في أبريل 1988.

نتيجةً لتعقيد التصميم، لم يكن بالإمكان وضع وحدة المعالجة المركزية على شريحة واحدة. ففي معالج 68030، الذي صدر قبل عام، احتوى على 273,000 ترانزستور، بما في ذلك وحدة الحساب والمنطق (ALU) ووحدة إدارة الذاكرة (MMU) على شريحة واحدة، بينما كانت وحدة الفاصلة العائمة (FPU) الاختيارية شريحة منفصلة. في المقابل، جمع معالج 88000 وحدتي الحساب والمنطق ووحدة الفاصلة العائمة معًا على شريحة MC88100 التي تضم 750,000 ترانزستور، بينما جمعت وحدة إدارة الذاكرة وذاكرة التخزين المؤقت الثابتة (SRAM) بسعة 16  كيلوبايت على شريحة MC88200 التي تضم 750,000 ترانزستور أيضًا. وعلى عكس معالج 68030 حيث كانت وحدة الفاصلة العائمة اختيارية تمامًا، لم يكن من الممكن بناء نظام عملي يعتمد على معالج 88000 بدون شريحة MC88200 واحدة على الأقل. ويمكن أن تتضمن الأنظمة أكثر من شريحة MC88200، مما ينتج عنه ذاكرة تخزين مؤقت أكبر ويسمح بوجود مسارات متعددة إلى الذاكرة الرئيسية لتحسين الأداء. ^{[ 2 ]}

استهدف هذا المعالج شريحة السوق الراقية، وزُعم أنه أسرع معالج 32 بت في العالم عند إصداره. عند تشغيله بتردد 20  ميجاهرتز، حقق 34000 دريستون أو 17 فولت في الثانية (VUPS) ، ^{[ 8 ] [ ب ]} مقارنةً بحوالي 12 مليون عملية في الثانية (MIPS) لمعالج SPARC بتردد 12.5 ميجاهرتز من نفس الحقبة في محطة SPARCstation ، أو حوالي 3.3 مليون عملية في الثانية (MIPS) لمعالج 68030 بتردد 20 ميجاهرتز. كما توفر أيضًا بتردد 25 ميجاهرتز وحقق 21 مليون عملية في الثانية (MIPS) و48387 دريستون. ^{[ 9 ]}         

في ذلك الوقت، سوّقت موتورولا معالج 88000 حصريًا لشريحة السوق الراقية، بما في ذلك "الاتصالات، والذكاء الاصطناعي، والرسومات، والرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد، والمحاكاة، والمعالجة المتوازية، والحواسيب العملاقة"، بينما أشارت إلى أن سلسلة 68k الحالية ستستمر في سوق محطات العمل. لكن في الواقع، تجاهل معظم العملاء المحتملين معالج 88000، ^{[ 8 ]} ولم يشهد النظام استخدامًا يُذكر.

نظراً لأن الإصدار الأصلي لم يشهد استخداماً يُذكر خارج منتجات موتورولا نفسها، ولأن هؤلاء العملاء التقليديين بدأوا بالتحول إلى تصميمات RISC أخرى، أعادت الشركة إطلاق التصميم في شكل شريحة واحدة، وهي MC88110. في أواخر الثمانينيات، كانت العديد من الشركات تدرس بنشاط سلسلة 88000 لاستخدامها في المستقبل، بما في ذلك NeXT و Apple Computer و Apollo Computer ، لكن جميعها تخلت عن التصميم بحلول الوقت الذي أصبح فيه 88110 متاحاً أخيراً في عام 1992.

كانت هناك محاولة لتعميم النظام من خلال مجموعة 88open ، على غرار ما كانت تحاوله شركة Sun Microsystems مع تصميم SPARC الخاص بها . ويبدو أنها فشلت على الصعيد العملي. ^{[ 10 ]}

في أوائل التسعينيات، انضمت موتورولا إلى مبادرة AIM لإنشاء بنية RISC جديدة مبنية على بنية IBM POWER . وقد دمجت بعض ميزات معالج 88000 (مثل واجهة ناقل متوافقة ^{[ 11 ]} ) في بنية PowerPC الجديدة لتوفير مسار ترقية لعملائها. عندئذٍ، تم التخلي عن معالج 88000 في أسرع وقت ممكن. ^{[ 12 ]}

• ألسوب، ميتش (يونيو 1990). "بنية عائلة معالجات موتورولا 88000". مجلة IEEE Micro . 10 (3): 48-66 . doi : 10.1109/40.56325 . S2CID 30607775 . 
• "كشف النقاب عن معالج موتورولا 88000 - للعثور على معالجات مساعدة يمكنك تركيبها بنفسك" . TechMonitor . 14 سبتمبر 1988.
• "موتورولا 88000 ريسك في مرحلة الإنتاج الكامل" . تيك مونيتور . 27 يونيو 1989.
• "معالج ريسك من موتورولا، المقرر إطلاقه في أبريل، مصمم خصيصاً لنظام يونكس" . تيك مونيتور . 18 فبراير 1988.