MC68000は32ビット時代を切り拓いたCPU

MC68000

MC68000 は、モトローラが1979年（昭和54年）に発表した16/32ビットCPUである。内部に32ビットレジスタを備えながら外部データバスは16ビットとする折衷的な設計により、コストと性能のバランスを取った。
Macintosh、Commodore Amiga、Atari ST など海外の主要パソコンに採用されたほか、国内では唯一、シャープのX68000 に搭載された。

68000の開発経緯

MC68000のダイ写真

モトローラは1970年代半ばから、6800 や6809 とは一線を画す、次世代の本格的な32ビットCPU計画「MACSS」（Motorola Advanced Computer System on Silicon）を進めていた。既存の8ビットCPUとの互換性にとらわれず、全く新しい命令セットとアーキテクチャを一から設計する方針を採り、技術サンプルは1979年（昭和54年）末に、量産チップは1980年（昭和55年）に出荷された。

6809 が68000への「橋渡し」として設計されたという説があるが、両者の開発はほぼ並行して進められた。68000は、内部に32ビット・レジスタを備えながら外部データバスは16ビットとする折衷的な設計を採用し、コストと性能のバランスを取った。この直交性の高い命令セットは、後年「68kアーキテクチャ」として長く発展を続けることになる。

アーキテクチャの特徴

MC68000のレジスタ構成

68000 は、8個の32ビット・データレジスタD0～D7と8個の32ビット・アドレスレジスタA0～A7を備え、当時のCPUとしては破格の32ビット・レジスタ構成を持つ。外部アドレスバスは24ビットで、セグメント方式を使わないフラットな16Mバイトのメモリ空間をCPUだけで直接扱えた。

データ型は8・16・32ビットに対応し、ビッグエンディアン方式を採用した。命令セットは14種類のアドレッシングモードと56種類の基本命令からなり、6800 系のような固定的なレジスタ割り当てを排した汎用性の高い構成だった。当時の8ビットCPUはもちろん、インテルの8086 と比較しても、レジスタ本数とアドレス空間の広さで優位に立っていた。

x86系との比較

インテルの8086 は1978年（昭和53年）に、68000 は1979年（昭和54年）に発表された。トランジスタ数は 8086 の約29,000個に対し、68000 は約68,000個と2倍以上を搭載していた。乗算命令のクロックサイクル数も 68000 は最大74サイクルと、8086の154サイクルの半分以下に短縮されている。

1982年（昭和57年）発表の80286 は、乗算命令が24サイクルまで短縮されたが、アドレス空間はプロテクトモードでも16Mバイトにとどまり、セグメント方式から完全には脱却できなかった。一方、68000 は発表当初からセグメントを使わないフラットなアドレッシングを実現しており、この点は後発の 80286 よりも先進的だったといえる。

Apple Macintoshへの採用

Macintosh

1984年（昭和59年）1月24日、アップルコンピュータはMacintosh を発売する。グラフィカル・ユーザー・インターフェース（GUI）とマウスを標準装備した同機は、CPUに 68000 （8MHz）を採用し、当時としては先進的なビットマップ表示と滑らかなカーソル操作を実現した。

高価だった前身のLisa（1万ドル）に対し、Macintoshは2,495ドルまで低価格化された。68000 の演算性能とメモリ空間の広さが、ウィンドウ描画やフォント処理を軽快にこなす基盤となり、その後のパーソナルコンピュータのユーザーインターフェースに大きな影響を与えた。

シャープ X68000への採用

シャープ X68000

1987年（昭和62年）3月28日、シャープはX68000 を発売する。日本のホビーパソコンとしては唯一、68000 を採用した機種であり、CPUには日立製の HD68HC000（10MHz、CMOS版のセカンドソース）を搭載した。開発陣は、メモリ空間が16Mバイトと広く、命令体系がシンプルで制御しやすい点に着目した。

当時、国内で MC68000 搭載パソコンの前例はなく、コナミのアーケードゲーム「グラディウス」（CPUに68000を採用）の完全移植を目指して開発が進められた。実売価格は40万円前後と高価だったが、コアなファン層をつかみ、1991年（平成3年）までに13万台を販売した。

Amiga・Atari STなど海外パソコンへの採用

Amiga 1000

1985年（昭和60年）発売の Amiga 1000 は、68000 をメインCPUに採用し、専用チップと組み合わせて当時としては先進的なマルチメディア性能を実現した。Atari ST シリーズ（1985年の520ST、翌年の1040STなど）も 68000 を採用し、MIDIインターフェースを標準搭載した音楽制作用途で普及した。

このほか、Sun Microsystems の初期ワークステーションや、Apple LaserWriter、HP LaserJet の初期モデルなど、プリンタや組み込み機器にも 68000 が採用された。処理能力の高さとメモリ空間の広さが、グラフィックスやページ記述言語の処理に適していたためである。

ゲーム機・アーケードでの採用

セガ・メガドライブ

68000は、ゲーム機やアーケード基板にも広く採用された。1988年（昭和63年）にセガが発売した家庭用ゲーム機「メガドライブ」（北米名：Genesis）はメインCPUに68000（7.67MHz）を採用し、当時としては高い処理能力を持つ機種として世界的にヒットした。

セガ System 16 基板
AI生成コンテンツ / AI-generated contents

アーケードでは、セガの「System 16」、SNKの「ネオジオ」、カプコンの「CPシステム」が 68000 を採用し、コナミの「グラディウス」（バブルシステム）にも使われた。命令セットの扱いやすさから、多くのゲーム開発者に支持された。

後継・派生

MC68030
AI生成コンテンツ / AI-generated contents

68000 の成功を受け、モトローラは上位互換の後継製品を展開した。1982年（昭和57年）発表のMC68010（トランジスタ数8万4千）は仮想記憶をサポートし、1984年（昭和59年）のMC68020（19万）では外部データバスが32ビットに拡張された。1987年（昭和62年）のMC68030（27万3千）はキャッシュとMMUを内蔵した。

1990年（平成2年）には浮動小数点演算ユニットを統合したMC68040（117万）が登場した。これら68kファミリーは、1990年代に入り PowerPC へと主軸が移るまで、Macintoshやワークステーション向けCPUとして使われ続けた。

主要スペック

項目	仕様
メーカー	モトローラ
発表	1979年
トランジスタ数	68,000
データバス	16ビット（内部32ビット）
アドレスバス	24ビット
物理メモリ	16MB
命令数	56
CPUクロック	4～12.5MHz
パッケージ	64ピンDIP
動作電圧	5V単一

CPUの歴史

発表年	メーカー	CPU名	ビット数	最大クロック
1970年	Garrett AiResearch	MP944 (軍用)	20bit	375KHz
1971年	インテル	4004	4bit	750KHz
1974年	インテル	8080	8bit	3.125MHz
1975年	モステクノロジー	MOS 6502	8bit	3MHz
1976年	ザイログ	Z80	8bit	20MHz
1978年	インテル	8086	16bit	10MHz
1979年	モトローラ	MC6809	8bit	2MHz
1979年	ザイログ	Z8000	16bit	10MHz
1980年	モトローラ	MC68000	16bit	20MHz
1983年	NEC	V30	16bit	16MHz
1984年	インテル	80286	16bit	12MHz
1985年	インテル	80386	32bit	40MHz
1985年	インテル	i960	32bit	100MHz
1985年	サン・マイクロシステムズ	SPARC	32bit	150MHz
1985年	エイコーン	ARM1	32bit	6MHz
1986年	MIPS	R2000	32bit	15MHz
1987年	ザイログ	Z280	16bit	12MHz
1987年	モトローラ	MC68030	32bit	50MHz
1988年	MIPS	R3000	32bit	40MHz
1989年	インテル	80486	32bit	100MHz
1989年	インテル	i860	32bit	50MHz
1990年	モトローラ	MC68040	32bit	40MHz
1991年	MIPS	R4000	64bit	200MHz
1992年	DEC	Alpha 21064	64bit	200MHz
1993年	IBM, モトローラ, Apple	PowerPC 601	32bit	120MHz
1993年	インテル	Pentium	32bit	300MHz
1994年	IBM, モトローラ, Apple	PowerPC 603	32bit	300MHz
1995年	サイリックス	Cyrix Cx5x86	32bit	133MHz
1995年	AMD	Am5x86	32bit	160MHz
1995年	サン・マイクロシステムズ	UltraSPARC	64bit	200MHz
1999年	IBM, モトローラ	PowerPC G4	32bit	1.67GHz
1999年	AMD	Athlon	32bit	2.33GHz
2000年	インテル	Pentium 4	32bit	3.8GHz
2001年	インテル	Itanium	64bit	800MHz
2003年	AMD	Opteron	64bit	3.5GHz
2003年	インテル	Pentium M	32bit	2.26GHz
2006年	SCE,ソニー,IBM,東芝	Cell	64bit	3.2GHz
2006年	インテル	Core Duo	32bit	2.33GHz
2006年	インテル	Core 2 Duo	64bit	3.33GHz
2008年	インテル	Core i9/i7/i5/i3	64bit	5.8GHz
2017年	AMD	Ryzen	64bit	5.7GHz
2020年	Apple	M1/M2/M3/M4/M5	64bit	3.49GHz
2023年	インテル	Core Ultra 9 / 7 / 5	64bit	5.1GHz