Z80

Zilog Z80 — 8-разрядный микропроцессор, разработанный и производившийся фирмой Zilog с 1976 года. Широко использовался в персональных компьютерах, во встраиваемых и военных системах. Z80 вместе с 6502 были доминирующими ЦПУ на рынке 8-разрядных компьютеров с середины 1970-х до середины 1980-х годов. Z80 и его наследники — одни из наиболее распространённых семейств микропроцессоров.

Zilog предоставляла лицензии на ядро процессора, что позволяло другим компаниям производить совместимые аналоги.[1] Некоторые компании производили аналоги, не имея официальной лицензии (в основном, в Восточной Европе). В результате Zilog выпустила менее 50 % от всех произведённых Z80.

После ухода из Intel Федерико Фаджин основал компанию Zilog. К проекту присоединились Ральф Уингерманн (инженер из Intel) и Масатоси Сима (японский инженер, один из создателей Intel 4004). Команда Фэггина сразу же принялась за разработку нового процессора, взяв за основу Intel 8080, выпущенный незадолго перед этим. Новый CPU создавался бинарно совместимым с 8080, так что большая часть старого кода работала на новом процессоре без изменений, в частности — операционная система CP/M.

Z80 имел ряд улучшений по сравнению с 8080:

расширенный набор команд, включая побитовые операции, поблочное копирование, поблочный ввод-вывод, инструкции поиска

новые регистры IX и IY, и инструкции для них

новые режимы прерываний

два отдельных блока регистров, между которыми можно быстро переключаться, например, для быстрой реакции на прерывания

работа от одного пятивольтового источника питания

встроенная схема регенерации динамической памяти

меньшее количество других микросхем для обслуживания процессора

значительно меньшая цена

Необычно большое для 8-разрядного процессора количество процессорных регистров позволяло в ряде случаев строить схемы микроконтроллеров вообще без ОЗУ, используя, например, бо́льшую часть «альтернативного» набора регистров для оперативного запоминания данных.

Благодаря этим преимуществам Z80 быстро опередил 8080 на рынке, и в итоге стал одним из самых популярных 8-разрядных процессоров.

Первые опытные образцы кристаллов Z80 датированы 23 неделей 1976 года (первая половина июня).

Первые модели Z80 работали на тактовой частоте 2,5 МГц, со временем максимальная частота для первоначального дизайна была доведена до 8 МГц, и до 20 МГц в КМОП-версии, минимальная частота составляла порядка 1 МГц.

Z80 получил развитие в виде совместимых (в основном) с ним процессоров: Z180, Z800, Z280, Z380 и eZ80 (англ.). Помимо Zilog, другие компании тоже выпускали процессоры частично совместимые с Z80, например ASCII R800.

Технические характеристики

Схема распиновки

Дата анонса: июль 1976 года

Тактовая частота (МГц): 2,5 — 8 для основной версии; КМОП-версии от 1 (версия Z80L Z8300-1) до 20; короткие команды исполняются за 4 такта.

Разрядность регистров: 8 бит

Разрядность шины данных: 8 бит

Разрядность шины адреса: 16 бит

Объём адресуемой памяти: 64 Кбайт

Количество транзисторов: 8500

Техпроцесс (нм): 3000 (3 мкм)

Размер кристалла: 4,6 на 4,9 мм; площадь — 22,54 мм²

Напряжение питания: +5 В

Корпус: 40-контактный керамический или пластмассовый DIP, 44-контактный PLCC и PQFP

Варианты Z80:

Z80 — 2,5 МГц

Z80A — 4 МГц

Z80B — 6 МГц

Z80H — 8 МГц

Для увеличения производительности Z80, не имеющего, как и i8080, аппаратных команд деления и умножения, а также команд для работы над числами с плавающей запятой, использовались сопроцессоры.

am9511 и am9512

В 1979 году фирма AMD разработала для Z80 арифметический сопроцессор am9511 (трёхмикронная технология, 32-разрядная математика, включая вычисления с плавающей запятой над числами в формате 23+7), а год спустя к нему добавился am9512, расширяющий функциональные возможности и добавляющий операции над 64-разрядными числами. Процессоры были основаны на 16-разрядном ALU, использовали обратную польскую нотацию и стек глубиной в четыре шага.

При использовании комплекта производительность компьютера на математических вычислениях вырастала вчетверо по сравнению с программными вычислениями на Z80. Умножение двух 32-разрядных чисел занимало около двухсот циклов, 64-разрядных до 1800 циклов[2].

Комплект использовался в некоторых S-100 CP/M системах, в частности, в компьютерах фирмы NorthStar.

National Semiconductor MM57109N

В 1979 году британская фирма Powertran выпустила компьютер PSI Comp 80, где совместно с Z80 использовался математический сопроцессор National Semiconductor MM57109N из семейства COP4xx.