PowerPC –architektura mikroprocesorów typuRISC oraz nazwa handlowamikroprocesorów zgodnych z tą architekturą.
Architekturamikroprocesora PowerPC została stworzona przezkonsorcjum firmApple-IBM-Motorola znane pod skrótem AIM. Z początku mikroprocesory tej architektury przeznaczone były na rynek komputerów osobistych, z czasem stały się często używanymi w zastosowaniachserwerowych, klastrowych oraz wsystemach wbudowanych. Mikroprocesor stał się podstawą opublikowanych przez AIM specyfikacji platform referencyjnychPReP orazCHRP. Popularność przyniósł mu wybór naCPU komputerów osobistychMacintosh produkowanych przez firmę Apple w latach 1994–2006.
Mikroprocesor stosowany jest także w komputerachPegasos,AmigaOne (uprzednio w kartach procesorowych dla komputeraAmiga), również w kilku projektach komputerów zgodnychAtari Falcon. Na baziemikroprocesora PowerPC oraz jego sieciowej wersjiPowerQUICC zaprojektowano niektóre serie urządzeń sieciowych firmyCisco. Stosowany jest chętnie wsystemach wbudowanych, gdzie używana jest specjalna, nieznacznie różniąca się od oryginalnej w zakresie specyfikacjimikroarchitektury, wersja mikroprocesora.
Historia PowerPC zaczęła się od prototypowego układuIBM 801, który implementował pomysły uważanego przez wielu zaojca mikroarchitektury RISC –Johna Cocke’a. Pochodne układu IBM 801 stosowane były w systemach wbudowanych produkowanych przezIBM. Niewystarczająca wydajność mikroprocesorów wytwarzanych przez IBM skłoniła firmę do uruchomienia projektu budowy najszybszego procesora na rynku. W rezultacie prac otrzymano architekturęPOWER wprowadzoną po raz pierwszy do użytku na początku lat 90. XX wieku w systemachRISC System/6000.
Oryginalny mikroprocesor POWER, jedna z pierwszych implementacji superskalarnego procesora RISC, był konstrukcją wieloukładową. Inżynierowie firmyIBM szybko doszli do wniosku, że warto skupić się na budowie jednostki jednoukładowej przy jednoczesnej rezygnacji z kilku nadmiarowych instrukcji procesora.
Niedługo potem firma Apple została włączona do projektu rozwoju rodziny jednoukładowego mikroprocesora opartego na mikroarchitekturzePOWER. Apple, jako jeden z największych klientów firmyMotorola zaprosił ją do wspólnych rozmów nad rozwojem mikroarchitektury POWER, co było podyktowane uprzednią, długą współpracą obydwu firm. Powstałe konsorcjum nazwanoAIM od początkowych liter nazwApple-IBM-Motorola.
W tym czasie Motorola posiadała własną architekturęRISC w postaci serii88000, która jednak nie zdobyła uznania na rynku. Z drugiej strony mikroprocesory serii 88000 były już w produkcji;Data General(inne języki) dostarczał komputery z88k a Apple posiadał prototypowe wersje maszyn pracujących na bazie tego mikroprocesora.
W rezultacie prac nad architekturą nowego procesora stworzono specyfikację PowerPC (Performance Computing), dzięki której:
Pierwsze urządzenia oparte na PowerPC zostały przyjęte przez rynek z entuzjazmem. Oprócz komputerów AppleMacintosh, zarówno Motorola, jak i IBM dostarczały systemy zbudowane na jego podstawie.Microsoft stworzył wersjęWindows NT przeznaczoną dla architektury PowerPC, który był sprzedawany w zestawie z serwerami produkowanymi przezMotorolę, zaśSun Microsystems wprowadził do sprzedaży przeznaczoną pod ten procesor wersję swojego sztandarowego systemuSolaris OS. IBMprzeportował swój systemAIX i planował wydać działającą na komputerach z zainstalowanym procesorem PowerPC wersjęOS/2. W połowie lat 90. wynikibenchmarków odnoszących się do procesorów architektury PowerPC dawały lepsze rezultaty niż te przeprowadzane dla najszybszych procesorów architekturyIA-32.
Zapotrzebowanie na mikroprocesory nowej architektury na maszynach desktopowych nigdy nie osiągnęło spodziewanego poziomu. Po krótkiej obecności na rynku zniknęły napisane pod PowerPC wersje systemów:Windows NT,Solaris OS,OS/2. Fakt ten był spowodowany brakiem dostępności aplikacji możliwych do uruchomienia przy użyciu nowej architektury procesora. Jedynie komputeryMacintosh produkowane przez Apple pozostawały wierne mikroprocesorom PowerPC.
W 2004 roku Motorola zaprzestała produkcji układów mikroprocesorowych, przenosząc dział rozwoju i produkcji do wydzielonej spółki pod nazwąFreescale Semiconductor. W tym samym czasieIBM zaprzestał całkowicie produkcji komputerów osobistych (opartych na procesorach architekturyIA-32) na rzecz chińskiego producentaLenovo. IBM skupił się na przeprojektowaniu układu PowerPC zgodnie z oczekiwaniami producentówkonsoli do gier, takich jak:Sony PlayStation 3,Nintendo Wii orazXbox 360 produkcjiMicrosoftu.
Nakonferencji WWDC 6 czerwca 2005 roku Apple zapowiedziało, że w następnych wersjach komputerówMacintosh będą stosowane jedynie procesory markiIntel w architekturzeIA-32. Przejście rozpoczęło się 12 stycznia roku 2006 wraz z ukazaniem się pierwszychiMaców iMacBooków Pro z procesoramiIntel Core Duo, a zakończyło się wydaniem systemu10.6 Snow Leopard w sierpniu 2009, który jako ostatni obsługuje programy dla procesorów PowerPC przy użyciu narzędziaRosetta.
Osobny artykuł:Przejście Apple na procesory firmy Intel.PowerPC został zaprojektowany zgodnie zfilozofiąRISC. Mikroarchitektura procesora pozwoliła na zastosowaniesuperskalarności. Obecnie w użyciu znajdują się zarówno wersje 64-bitowe, jak i 32-bitowe procesora. W stosunku do architekturyPOWER w PowerPC wprowadzono:
Niektóre z układów PowerPC produkcjiIBM przeznaczonych na ryneksystemów wbudowanych posiadająbitkolejności bajtowej dla każdej obsługiwanejstrony pamięci. Poniższy opis nie odnosi się do tych układów.
Większość z dostępnych układów PowerPC może przełączać trybkolejności bajtów pamięci (ang. endianess) za pomocąbitu wrejestrzeMSR. Osobny bit w tym rejestrze odpowiada za kolejność bajtów w przypadku pracy procesora w trybie nadzorcy. Procesor po inicjalizacji startuje w trybiebig endian, a tablica stron pamięci dlaTLB zawsze przechowuje dane w trybie big endian.
Systemy komputerowe firmMatrox oraz Mercury Computer Systems wykorzystują PowerPC działający w trybielittle endian. Wynika to z faktu, że układ PowerPC pracuje w tych systemach jako koprocesor naszyniePCI i współdzieli dane z głównym procesorem zgodnym zmikroarchitekturąIA-32. Zarówno systemySun Solaris, jak iWindows NT w wersji dla układów PowerPC używały tego procesora w trybie little endian.
Poniższa tabela prezentuje rejestry jednostki stałopozycyjnejmikroprocesora PowerPC (wspólne dla wszystkich wersji)
| Nazwa rejestru | Opis rejestru | Uwagi |
| r0 | Rejestr ogólnego przeznaczenia | Specjalny tryb użycia dla niektórych dyrektywasemblera |
| r1 | Rejestr ogólnego przeznaczenia. | W niektórychABI wykorzystywany jakowskaźnik stosu |
| r2-r31 | Rejestry ogólnego przeznaczenia | ABI definiuje sposób ich użycia |
| CR (Condition Register) | Obsługa dyrektyw warunkowych | Dostępny jako 8 niezależnych, 4-bitowych pól |
| CTR (CounTer Register) | Licznik | Używany w pętlach |
| LR (Link Register) | Obsługa powrotu zprocedury | – |
| XER (eXcEption Register) | Wykrywanie sytuacji wyjątkowych związanych z operacjami algebraicznymi (przepełnienie, przeniesienie) | – |
| MSR (Machine State Register) | Kontrola stanumikroprocesora. Obsługa stanu translacji pamięci, przerwań itp. | Dostępny z poziomu nadzorcy |
| SRR0-SRR1 (Save/Restore Register) | Obsługa wyjątków | Dostępny z poziomu nadzorcy |
| SPRG0-SPRG3 (Special Purpose ReGister) | Przeznaczone do użycia przezsystem operacyjny | Dostępny z poziomu nadzorcy |
| PVR (Processor Version Register) | Udostępnia informację o wersjimikroprocesora | Dostępny z poziomu nadzorcy |
| DAR (Data Address Register) | Obsługa wyjątków | Tylko dla wyjątków DSI (Data Store Interrupt) oraz ALI (Alignment Interrupt). Dostępny z poziomu nadzorcy |
| DSISR (Data Storage Interrupt Status Register) | Obsługa wyjątków | Tylko dla wyjątków DSI (Data Store Interrupt) oraz ALI (Alignment Interrupt). Dostępny z poziomu nadzorcy |
| TBR (Time Base Register) | Licznik cykli procesora (zwiększający swoją zawartość) | Dostępny z poziomu nadzorcy |
| DEC (Decrementer Register) | Kontrolowany przez nadzorcę licznik cykli procesora (zmniejszający swoją zawartość) | Wywołuje wyjątek DEC przy osiągnięciu wartości 0. Dostępny z poziomu nadzorcy. |
| IBAT0-IBAT3 (Instruction Block Address Translation) | Obsługa translacji pamięci dla instrukcji | Dostępny z poziomu nadzorcy |
| DBAT0-DBAT3 (Data Block Address Translation) | Obsługa translacji pamięci dla danych | Dostępny z poziomu nadzorcy |
Firmy, które produkowały lub wykorzystywały na licencji układy zgodne z architekturą PowerPC.
i inni.
Nowa generacja procesorów PowerPC, o planowanej nazwie POWER6, jest projektowana do pracy z zegarami z zakresu 4–5 GHz oraz udostępni funkcjonalność Simultaneous MultiThreading.
| Początki | |
|---|---|
| Aktywne | |
| Nierozwijane |