PowerPC

PowerPC (lühend ingliskeelsest nimetusest Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing) on POWER-il põhinev käsustik mikroprotsessoritele. PowerPC töötati välja 1991. aastal Apple'i-IBM-i-Motorola koostööna. PowerPC nimetati 2006. aastal ümber Power ISA-ks, kuid selle eelmist nime kasutatakse siiani osade Power arhitektuuridel põhinevate mikroprotsessorite kaubamärgina.

IBM PowerPC 601 mikroprotsessor

Algselt oli PowerPC-l põhinevad protsessorid mõeldud personaalarvutitele, kuid populaarsust hakkasid nad koguma integreeritud ja suure jõudlusega protsessorite juures. PowerPC põhineb suurel määral IBM-i varasemal POWER arhitektuuril, millega see on säilitanud ühildatavuse; arhitektuurid on jäänud nii sarnasteks, et samad programmid ja operatsioonisüsteemid töötavad nendega kui on teostatud väikesed ettevalmistused.

Ajalugu

POWER, PowerPC ja Power ISA-de areng

1975. aastal alustas IBM John Cocke'i juhtimisel esimese RISC protsessori väljatöötamist, mille tulemusena loodi IBM 801 protsessorite seeria. 801 seeria baasil loodi mitmeid IBM-i tooteid. 1984. aastal alustas IBM projekti, et valmistada turu kiireim mikroprotsessor. Viieaastase töö tulemusena valmis 64-bitine protsessor, mida võib pidada esimeseks POWER tüüpi arhitektuuriks. Seda esitleti koos RS/6000-ga 1990. aasta alguses.

Originaalne POWER-i protsessor oli mitmekiibilise ehitusega, kuid varsti jõudis IBM järeldusele, et RS/6000 täiustamiseks on neil vaja ühekiibilist mikroprotsessorit. Seejärel algas ühekiibilise POWER protsessori väljatöötamine. 1991. aastal mõistis IBM, et sellest võib sündida suuremahuline protsessor, mida kasutaks kogu tööstusharu.

IBM soovis teha koostööd Apple'iga, et luua POWER arhitektuuril põhinev mikroprotsessorite seeria. Varsti pärast seda kutsus Apple nendega liituma ka Motorola, kuna sellel oli rohkem kogemusi suuremahuliste mikroprotsessorite tootmisel kui IBM-il ning, et oleks olemas teine allikas mikroprotsessorite jaoks. Seda kolmikliitu hakati tundma nime AIM all.

1991. aastal oli PowerPC kõigest üks osa nende ettevõtete arendustest, millega nad püüdsid võidelda Microsofti ja Inteli domineerimise vastu. Samal ajal põhines suurem osa personaalarvutite tööstusest Intel 80386 ja 80486 kiipidel, mis töötas CISC arhitektuuri peal ning Pentiumi protsessor oli arendamisel. Motorola jaoks oli POWER väga tulus. See lubas neil müüa võimsaid RISC-l põhinevaid protsessoreid, mida nad ehitasid ümber. See muutis olulise kliendi – Apple'iga sidemed tugevamaks ning tekkis võimalus, et IBM hakkab neilt ostma väiksemaid protsessorite versioone, mitte ei tooda neid ise.

Kui esimesed PowerPC tooted jõudsid turule, siis võeti need vaimustusega vastu. Apple, IBM ja Motorola hakkasid pakkuma süsteeme, mis olid PowerPC toega. Microsoft andis välja Windows NT 3.51 arhitektuuri jaoks, mida kasutati Motorola PowerPC serverites ja Sun Microsystems pakkus oma operatsioonisüsteemi Solaris. PowerPC protsessorid saavutasid 1990. aastate keskel võrdlustestides samad tulemused või isegi ületasid kiireimaid x86 protsessoreid. Kokkuvõttes jäi siiski nõudlus uue arhitektuuri vastu väikeseks. Windowsi, OS/2 ja Suni klientidel puudus vajalik rakendustarkvara PowerPC jaoks ning seega peaaegu täielikult ignoreeriti seda arhitektuuri. PowerPC versioonid Solarise, OS/2 ja Windowsi jaoks korjati pärast lühikest aega turult ära. PowerPC jäi kasutusse ainult Macintoshis, kuna see kuulus Apple'ile. Apple jaoks oli PowerPC väga oluline, kuna see aitas püsida konkurentsis Windows 95-l ja Windows NT-l põhinevate arvutitega.

PowerPC protsessor Nintendo Wii mängukonsoolist

1990. aastate lõpus kannatas Apple, IBM ja Motorola liit tootmisprobleemide käes mistõttu lükati edasi uute Apple ja teiste ettevõtete jaoks arendatud protsessorite kasutuselevõttu: esiteks Motorola G3 ja G4 protsessorid ja 2003. aastal IBM 64-bitine G5 protsessor. 2004. aastal lõpetas Motorola kiipide tootmise ja andis selle üle iseseisvalt tegutsevale ettevõttele Freescale Semiconductor. Umbes samal ajal lõpetas IBM 32-bitiste protsessorite tootmise ning müüs selle Applied Micro Circuits Corporationile (AMCC) ja keskendus 64-bitiste kiipide arendamisele, samal ajal pühendudes ka selliste mängukonsoolide nagu Nintendo Wii, Sony PlayStation 3 ja Microsoft Xbox 360 jaoks protsessorite tootmisega. 2005. aastal teatas Apple, et nad ei kasuta enam PowerPC protsessoreid Macintoshi arvutites, vaid eelistavad Inteli toodetud protsessoreid, kuna nende võimekus oleks lähitulevikus suurem. IBM-i-Freescale'i nimi asendati nimega Power.org.

IBM-i loodud POWER-arhitektuur on ka tänapäeval olemas ning jätkab arenemist. PowerPC kuulub organisatsioonile Power.org, mille liikmed on IBM, Freescale ja AMCC. PowerPC, Celli ja POWER protsessorid on koondatud nimetuse "Poweri arhitektuur" alla.

Disainielemendid

PowerPC on välja töötatud RISC põhimõtteid järgides. Sellel on olemas nii 32- kui ka 64-bitine versioon. PowerPC põhineb varasemal POWER-arhitektuuril, millele on lisatud järgmised elemendid:

• täielik 64-bitine spetsifikatsioon, mida on võimalik ka ühildada 32-bitise versiooniga;
• mäluhaldusarhitektuur, mida kasutatakse laialdaselt serverite ja personaalarvutite süsteemides;
• lisaks on mäluhaldusarhitektuur Book-E.

Mõned POWER-i elemendid on ka eemaldatud, kuna need on liiga keerulised. Vajaduse korral on neid siiski võimalik taastada. PowerPC-st eemaldatud elemendid on järgmised:

• instruktsioonid,
• laadimise ja salvestamise juhised,
• tingimuslik liikumine.

Teostused

IBM PowerPC 604e 200 MHz

Esimene PowerPC tüüpi protsessor oli PowerPC 601, mis nägi ilmavalgust 1992. aastal. See põhines POWER1 ja PowerPC eeskirjadel. Selle tõttu oli võimalik IBM-il seda kasutada POWER1-põhistel platvormidel. 1993. aastal oli IBM-il valmis suurtes kogustes PowerPC-l põhinevaid arvuteid, kuid neil puudus operatsioonisüsteem, sest selle jaoks mõeldud Microsoft Windows NT polnud veel valmis. IBM otsustas PowerPC jaoks kirjutada OS/2. Selle kirjutamine võttis kaks aastat ning selleks ajaks, kui see valmis sai, oli turg OS/2 jaoks kadunud.

Teine põlvkond oli nn "puhas" ning selle käigus loodi PowerPC 603 ja PowerPC 604. PowerPC 603 oli tähelepanuväärne, kuna see oli väga odav ja energiasäästlik. Seda võib nimetada Motorola saavutuseks, kes kasutas 603 projekti, et luua tulevasteks kiipide põlvkondadeks korralikku tuuma. Apple üritas 603 kasutada oma sülearvutites, kuid see oli võimatu selle 8 KiB esimese taseme vahemälu tõttu. Kuid selle probleemi lahendas PowerPC 603e oma 16 kB esimese taseme vahemäluga.

Esimene 64-bitine protsessor oli PowerPC 620, kuid see leidis vähest kasutust, kuna Apple ei tahtnud seda osta selle suure kulukuse tõttu. See protsessor oli aeglasem kui algselt oli lubatud ning isegi IBM kasutas selle asemel oma POWER3 arhitektuuri. Uus katse turule tuua 64-bitine protsessor leidis aset 2002. aastal, kui tutvustati PowerPC 970. Selle loomiseks kasutati POWER4 arhitektuuri.

Numbriliselt leidub kõige rohkem PowerPC kontrollereid autodes. Kuid palju protsessoreid leidub ka võrguseadmetes, näiteks Cisco ruuterites. Honda kasutab PowerPC protsessoreid oma humanoid robotites ASIMO-s

Operatsioonisüsteemid

Operatsioonisüsteemid, mis töötavad PowerPC-arhitektuuril, jagatakse kaheks – need, mis töötavad üldotstarbelisel PowerPC süsteemil, ja need, mis töötavad varjatud PowerPC-süsteemil.

Üldotstarbelisel PowerPC-l töötavad opsüsteemid

• AmigaOS 4
• Apple klassikaline Mac OS
• BeOS R5 Pro
• Haiku
• IBM-i i5/OS, algselt OS/400
• MorphOS
• Plan 9
• Posix:
• Apple Mac OS X kuni Mac OS X Leopard 10.5.8'ni

• AIX
• FreeBSD (32- ja 64-bitine)
• OpenBSD

• Linux
• ArchLinuxPPC, 32-bitine

• CRUX PPC, 32- ja 64-bitine
• Debian
• Fedora, 32- ja 64-bitise väljalaskega kuni 12. versioonini.
• Gentoo Linux
• MintPPC, toetab 32- ja 64-bitiseid Macintoshe
• MkLinux, toetab vanemaid Macintoshe
• OpenSUSE, täielik tugi PowerMacidele ja PS3 Cellile
• Slackintosh
• Ubuntu
• Yellow Dog Linux, täielik tugi 32- ja 64-bitistele ning PS3-le

• Solaris 2.5.1 PowerPC väljalase PReP platvormile

• OpenSolaris, eksperimentaalversioon

• Windows NT 3.51 ja 4.0

• ReactOS, võimalik ühildada ka Powwer ISA-ga

• XrossMediaBar, PlayStation 3 jaoks

Varjatud PowerPC peal töötavad opsüsteemid

• VxWorks
• Nucleus RTOS
• LiveDevices RTA-OSEKLive
• Microware OS-9
• MontaVista Linux
• Wind River Linux
• QNX
• Cisco TOS
• LynxOS
• PikeOS RTOS
• ELinOS
• eCos
• RTEMS
• BlueCat
• Integrity
• Deos

Litsentsid

Ettevõtted, millel on olemas 64-või 32-bitise PowerPC litsents:

32-bitine PowerPC

• Altera
• Apple, vahetas 2006. aastal Inteli vastu
• Applied Micro Circuits Corporation (AMCC)
• Avago Technologies
• BAE Systems, RAD750 protsessori jaoks, kasutatakse süstikutes ja maandumiskapslites
• Cisco Systems, ruuterite tootmine
• Culturecom, V-Dragon protsessori tootmine
• LSI Logic
• Motorola (praegu Freescale Semiconductor)
• Samsung
• STMicroelectronics, MPC55xx seeria tootmine

64-bitine PowerPC

• Microsoft
• Hindustan Combuters Ltd.
• Sony
• Toshiba
• P.A. Semi

Mängukonsoolid

PowerPC domineerib mängukonsoolide turul.

• Bandai, konsooli Bandai Pippini jaoks, lõi 1995. aastal Apple Computer
• Microsoft, Xbox 360 protsessor
• Nintendo, GameCube, Wii ja Wii U protsessorid
• Sony ja Toshiba, PlayStation 3 protsessor

Vaata ka

• Poweri arhitektuur
• RISC