Zilog Z80

Процесор Z0840004PSC виробництва Zilog на платі комп'ютера Daewoo CPC-300E
Z80 в корпусі QFP

Zilog Z80 - 8-розрядний мікропроцесор, розроблений і вироблений фірмою Zilog з 1976. Він широко використовувався в домашніх і персональних комп'ютерах, а також у вбудованих і військових системах. Z80, разом з його спадкоємцями і клонами, становлять одне з найбільш широко використовувалися сімейств мікропроцесорів, а також, разом з сімейством MOS Technology 6502, було домінуючим сімейством на ринку 8-розрядних комп'ютерів з 1970-х до середини 1980-х років.

Zilog надавала ліцензії на ядро ​​процесора, що дозволяло стороннім компаніям виробляти свої сумісні процесори без ліцензійних відрахувань з кожного чіпа. В результаті цього, Zilog випустила менше 50% від усіх Z80.

В Радянському Союзі були створені повністю сумісні клони Z80 - мікропроцесори Т34ВМ1 і КР1858ВМ1. В Східній Німеччині проводився клон U880; він використовувався, зокрема, в комп'ютерах Robotron 1715 і Правец 8М та принтері Robotron CM6329M.


1. Огляд

Архітектура процесора Z80

Після відходу з Intel Федеріко Феггін заснував компанію Zilog. До проекту також долучилися интеловский інженер Ральф Уінгерманн і японський інженер Масатосі Сіма (один з творців Intel 4004). Команда Феггіна відразу ж взялася за розробку нового процесора, взявши за основу Intel 8080, випущений незадовго перед цим. Новий CPU створювався бінарно-сумісним з 8080, так що велика частина старого коду працювала на новому процесорі без змін, зокрема - операційна система CP / M.

Z80 мав ряд поліпшень в порівнянні з 8080:

  • розширений набір команд, включаючи побітового операції, поблочно копіювання, поблочно введення / висновок, інструкції пошуку
  • нові регістри IX і IY, та інструкції для них
  • нові режими переривань
  • два окремих блоку регістрів, між якими можна швидко перемикатися, наприклад, для швидкої реакції на переривання
  • єдиний 5-вольта джерело живлення
  • вбудована схема регенерації динамічної пам'яті
  • вимагалося меншу кількість інших мікросхем для обслуговування процесора
  • значно менша ціна

Незвичайно велике, для 8-ми розрядного процесора, кількість процесорних регістрів, дозволяло в ряді випадків будувати схеми мікроконтролерів взагалі без ОЗУ, використовуючи, наприклад, велику частину "альтернативного" набору регістрів для оперативного запам'ятовування даних.

Завдяки цим перевагам, Z80 швидко випередив 8080 на ринку і в підсумку став одним з найпопулярніших 8-розрядних процесорів.

Перші дослідні зразки кристалів Z80 датовані 23 тижнем 1976 року (перша половина червня).

Перші моделі Z80 працювали на тактовій частоті 2,5 МГц, з часом максимальна частота для початкового дизайну була доведена до 8 МГц, і до 20 МГц в КМОП-версії, мінімальна частота складала близько 1 МГц; похідні від Z80 процесори Z180 і eZ80 призначені для частоти 33 і 50 МГц відповідно.


2. Технічні характеристики

Схема терморегулятори
  • Дата анонсу: липень 1976
  • Тактова частота (МГц): 2,5 - 8 для основної версії; КМОП-версії від 1 (версія Z80L Z8300-1) до 20; короткі команди виконуються за 4 такту.
  • Розрядність регістрів : 8 біт
  • Розрядність шини даних : 8 біт
  • Розрядність шини адреси : 16 біт
  • Обсяг адресується пам'яті: 64 Кбайт
  • Кількість транзисторів: 8500
  • Техпроцес (нм): 3000 (3 мкм)
  • Розмір кристала: 4,6 на 4,9 мм; площа - 22,54 мм
  • Напруга живлення: +5 В
  • Корпус: 40-контактний керамічний або пластмасовий DIP, 44-контактний PLCC і PQFP

3. Використання

Z80, зокрема, використовувався:


4. Співпроцесори

Для збільшення продуктивності Z80, котра має, як і i8080, апаратних команд ділення і множення, а також команд для роботи над числами з плаваючою комою, використовувалися співпроцесори.

4.1. am9511 і am9512

В 1979 фірмою AMD для Z80 був розроблений арифметичний співпроцесор am9511 (3-х мікрона технологія, 32-бітна математика, включаючи обчислення з плаваючою точкою над числами в форматі 23 +7), а рік потому до нього додався am9512, що розширює функціональні можливості і додає операції над 64 -розрядними числами. Процесори були засновані на 16-розрядному ALU, використовували зворотний польську нотацію і стек глибиною в чотири кроки.

При використанні комплекту продуктивність комп'ютера на математичних обчисленнях виростала приблизно в 4 рази в порівнянні з програмними обчисленнями на Z80. Множення двох 32-розрядних чисел займало приблизно 200 циклів.

Комплект використовувався в деяких S-100 CP / M системах, зокрема, в комп'ютерах фірми NorthStar.


4.2. National Semiconductor MM57109N

У 1979 році британська фірма Powertran випустила комп'ютер PSI Comp 80, де спільно з Z80 використовувався математичний співпроцесор National Semiconductor MM57109N з сімейства COP4xx.

5. Мікропроцесорний комплект

Крім власне процесора, фірма Zilog розробила і випустила серію мікросхем підтримки:

  • Z80PIO (Parallel Input Output) - інтерфейс паралельного вводу / виводу, два незалежних двосторонніх каналу, корпуса DIP40, PLCC44 і PQFP44.
  • Z80CTC (Counter Timer Circuit) - Z0843004, Z0843006, Z84C3006, Z84C3008, Z84C3010 - лічильник / таймер, чотири незалежні канали, корпусу DIP28, PLCC44 і PQFP44.
  • Z80SIO (Serial Input Output) - USART інтерфейс послідовного введення / виводу, двоканальний, багатофункціональний, підтримує як синхронний / асинхронний байт-орієнтований протокол IBM Bisync, так і біт-орієнтовані синхронні HDLC і IBM SDLC; підтримується CRC-контроль; корпусу DIP40, PLCC44 і PQFP44.
  • Z80 DMA (Direct Memory Access) - контролер прямого доступу до пам'яті, одноканальний, корпусу DIP40, PLCC44 і PQFP44
  • Z80DART (Dual Asynchronous Receiver / Transmitter) - UART двоканальний асинхронний приймач.