MC68000とは何か

68000は16bitCPUですが、その内部のレジスタは32bitで統一されています。そのため、68000を32bitだと主張する人もいます。

ただし、当時のライバルだったi8086が16bitのレジスタを8bit２本に分割できたのに対し、68000では上位のビットは単に無視されるだけです。

8086が16bitレジスタしかもたず、メモリを16bitで表現できる64Kの積み重ねで1Mまでしかもてなかったのにたいし、24bitで直接16Mの空間を指定できるのは非常に優れた設計です。

詳しくは後に説明しますが、データレジスタは8bit、16bitとしても使用可能です。アドレスは実際には24bitしか出力されませんが、内部では32bitです。 　a7レジスタは裏にもう一つのレジスタが隠れていて、システムとユーザーで切り替わります。また、ステータスレジスタも8bitづつユーザー用とシステム用にわかれています。

68000は「データとアドレスは別のものである」という思想が強かった時代のCPUです（現在は、それらを区別するのは工学的には無意味だと考えられています）。

ですから、このようにレジスタも厳密に分けられ、アドレスレジスタの掛け算やデータレジスタの示すメモリへの代入など、在り得ないことはできないようになっています。

データレジスタとアドレスレジスタはそれぞれ８本の使い道が自由です。構造的には、どれも対等な立場であり、使うレジスタによって使える命令が異なったりすることはありません。

ただし、アドレスレジスタの最後のレジスタ（A7レジスタ）だけは特殊で、スタックポインタとして使用されます。ユーザーが使用する場合は普通に使用される命令の組みあわせでスタックを実現しているため気になりませんが、サブルーチンコールなどでは暗黙のうちに使用されるので注意が必要です。

68000には、豊富なレジスタ群を活用するために多くのアドレッシングが用意されて います。そのアドレッシングの多くがソース・ディスティネーション双方に自由な組み合せで使用でき（直交性が高い）、命令の汎用性を高めています。

アドレッシングは大きく２つにわかれ、目的とするメモリ・レジスタに直接値を設定する「直接指定」と、アドレスレジスタの示すメモリにデータを入れる「間接指定」があります。

直接指定

通常のプログラムでは、ここまでのアドレッシングがあれば十分なはずです。

最後の２つは、アドレスレジスタの代わりにプログラムカウンタを使用することも可能です。このようにするとプログラムからの相対位置にデータを置くことが可能なので、プログラムをメモリのどこに置いても動作するように出来ます。

次に命令群を紹介しますが、68000はCISCでも円熟期に作られたものですので、と ても全部は紹介しきれません。

ここではいくつか特徴的な命令だけを紹介します。なお、命令フォーマットは２、４、６バイトのいずれかです。

命令は、主に以下のような分類になっています。

68000はUNIXを動かすために設計されているため、マルチユーザー下での安定性を確 保するための工夫がなされています。それが端的に現われているのがメモリ保護です。

68000はプログラムの実行をスーパーバイザーモードかユーザーモードかのいずれかでおこないま す。スーパーバイザーのプログラムがユーザーに移行することはできますが、その逆はできません。

そして、メモリはハード設計時にスーパーバイザーメモリとユーザーメモリにわけられ、ユーザーモードでスーパーバイザーメモリをアクセスしようとすると、例外処理が発生し、アクセスできません。

この特徴をいかし、OSやI/Oをスーパーバイザーメモリに置き、ユーザーに直接触らせ ないことで危険な状況を回避できます。

この場合、OSのファンクション呼び出しなどは割り込みをつかって処理します。割りこみプログラムはスーパーバイザーモードで走りますので、こうすることで間接的にユーザーモードからスーパーバイザーメモリにアクセスできます。

ところで、、スタックエリアはどちらに置くのでしょう。スタックはプログラムの実行に重要なものなのでユーザーエリアに置くのは危険ですし、かといってスーパーバイザーエリアに置いてしまえばユーザーモードでスタックが使えなくなってしまいます。

この問題を解決するため、68000は２つのスタックポインタをもちます。それはどちらもa7レジスタとして表現されますが、内部では２本のレジスタもち、実行モードによってどちらを見せるか切り替えているのです。

メモリ保護とはちがいますが、奇数アドレスから16bit、32bitをアクセスした場合にも例外が発生します。これにより、暴走したプログラムも結構な割合でとまってくれました。

（Macintoshでプログラムが暴走すると爆弾が出たりするのは、この割り込みを使用しています。）

このように、68000は効率的なプログラムが作れるようにレジスタや命令を工夫するとともに、「プログラムとは暴走するものだ」という前提に立ってその対策を講じています。

しかしUNIXワークステーションはともかく、パソコン用のCPUとしては、いささか先進的過ぎたかもしれません。メモリ保護機能などは多くのパソコンで無視され、アプリケーションもスーパーバイザーモードで動かしたり（Macintosh）、ユーザープログラムが簡単にスーパーバイザーに変身できたり（X68000）するOSがほとんどのようです。

68000はこの後も進化を続け、バグを取った68010、外部バスも32bitにした68020、さらにバグを取った68030、パイプラインを導入して大幅に高速化した68040、そして最新の（最近発売されたばかりの）68060とシリーズ化されています。

ところで余談なのですが、68000の普及は意外なところで進んだというデータがあります。

1986年ごろ、68000の総出荷数は70万個程度でした（おそらく、ほとんどの用途がMacintoshでしょう）。

しかしこの頃、家庭用ゲーム機のメガドライブ（セガ社）が68000をCPUに選び、コストを抑えるために100万個を発注しました。総出荷数よりも多い数を一度に注文した、というので当時は多くのパソコン雑誌で話題になりました。

結局このゲーム機は2200万台を売り上げ、量産効果で68000はかなり安価になりました。昔は組み込み機器などには安価なZ80が使用されていましたが、最近は組み込みでも68000が使われることが多くなったと聞きます。

最近は同じ理由で、一番売れているRISC CPUはRシリーズでも PowerPCでもなく、なんとSHシリーズなんだそうです。

これも、最初の原因は同じくセが社の「セガサターン」で、１台に２つのSH2と１つのSH1が使われていたからのようです。しかし、量産効果で値段の下がったSHシリーズはその後もいろいろなところで使用され、今では定番の組み込みチップの一つとなっています。

最近では ARMチップも良く使われる、という話もちらほら聞きます。ARMはやはり松下のゲーム機「3DO REAL」やAppleの「Newton Message Pad」に使われていたCPUですが、爆発的に売れたのはヨーロッパの携帯電話で標準CPUとして採用されて以降だとか。

いずれにせよ、CPUの売れ行きを決めるのが実は「パソコン」ではなく、それ以外の製品だというのが興味深いところです。