Le Motorola 68020 est le premier microprocesseur complètement 32 bits de la famille m68k, avec une unité arithmétique et logique, un bus de données et un bus d'adressage de 32 bits. C'est le premier microprocesseur m68k à intégrer une mémoire cache, de 256 octets d'instructions. Sa microarchitecture contient un pipeline de 3 étages. Un registre à barillet permet de décaler les bits en un seul cycle d'horloge et optimise donc les opérations de décalage et de multiplication.
Le remplacement du boîtier DIP par un boîtier PGA permet l'élargissement des bus externes sans forcer un agrandissement en rapport du boîtier. La fréquence d'horloge a été augmentée à 16 puis 20 et 25 MHz, grâce à l'utilisation d'une technologie d'implantation à empreinte réduite.
Au niveau des instructions machine, les évolutions concernent:
les modes d'adressage supportent désormais des déplacements de 32 bits;
des modes d'adressage à double indirection (registre et mémoire) sont introduits;
les multiplications et divisions qui permettent des opérandes de 32 bits et 64 bits (pour le produit et le dividende respectivement);
de nouvelles instructions traitant des champs de bits de taille variable (1 à 32);
la définition d'un espace d'instructions coprocesseur initiant un dialogue microcodé (donc transparent pour le programmeur) entre le processeur et jusqu'à 8 coprocesseurs, parmi lesquels le MMU Motorola 68851(en) et le FPU Motorola 68881 ou Motorola 68882.
68EC020
Le 68EC020 (EC pour embedded controller, contrôleur embarqué) a bus d'adressage externe réduit à 24 bits, et coûtait donc moins cher à l'achat et la mise en œuvre. Il a été utilisé entre autres comme processeur principal pour l'ordinateur personnelAmiga 1200 et pour la console de jeux vidéoAmigaCD32.
(en) Doug MacGregor, Dave Mothersole, Bill Moyer, «The Motorola MC68020», IEEE micro, vol.4, no4, , p.101-118 (DOI10.1109/MM.1984.291226, lire en ligne)
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