Zilog Z80

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
     Zilog Z80   >>
Центральный процессор
Zilog Z80.jpg
Микропроцессор Zilog Z80, одна из самых ранних реализаций (23 неделя 1976 года)
Производство: июль 1976
Производитель: Zilog, Mostek, SGS, NEC, Sharp, National Semiconductor, Hitachi
Частота ЦП: 1—20 МГц
Технология производства:
NMOS, CMOS, 3 мкм
Наборы инструкций: расширенный набор на основе i8080, 158 основных инструкций, CISC
Разъём: DIP40, PLCC44, PQFP44
Процессор Z0840004PSC производства Zilog на плате компьютера Daewoo CPC-300E
Z80 в корпусе QFP

Zilog Z80 — 8-разрядный микропроцессор, разработанный и производимый фирмой Zilog с 1976 года. Он широко использовался в персональных компьютерах, а также во встраиваемых и военных системах. Z80 вместе с 6502 были доминирующими ЦПУ на рынке 8-разрядных компьютеров с середины 1970-х по середину 1980-х годов. Z80 и его наследники являются одним из наиболее распространённых семейств микропроцессоров.

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

Обзор[править | править вики-текст]

Архитектура процессора Z80

После ухода из Intel Федерико Фэггин основал компанию Zilog. К проекту также присоединились инженер из компании Intel Ральф Уингерманн и японский инженер Масатоси Сима (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
  • единственный 5-вольтовый источник питания
  • встроенная схема регенерации динамической памяти
  • требовалось 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. Помимо Zilog, другие компании тоже выпускали процессоры частично совместимые с Z80, например ASCII R800.

Технические характеристики[править | править вики-текст]

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

Сопроцессоры[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

В 1979 году фирмой AMD для Z80 был разработан арифметический сопроцессор am9511 (3-х микронная технология, 32-битная математика, включая вычисления с плавающей точкой 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 примерно в 4 раза по сравнению с программными вычислениями на Z80. Умножение двух 32-разрядных чисел занимало примерно 200 циклов.

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

National Semiconductor MM57109N[править | править вики-текст]

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

Микропроцессорный комплект[править | править вики-текст]

Помимо процессора Z80, к нему существуют микросхемы поддержки:

  • Z80PIO (Parallel Input Output) — интерфейс параллельного ввода-вывода, два независимых двухсторонних канала, корпуса DIP40, PLCC44 и PQFP44.
  • Z80CTC (Counter Timer Circuit) — Z0843004, Z0843006, Z84C3006, Z84C3008, Z84C3010 — счётчик/таймер, четыре независимых канала, корпуса DIP28, PLCC44 и PQFP44.
  • Z80SIO (Serial Input Output) — USART интерфейс последовательного ввода-вывода, двухканальный, многофункциональный, поддерживает как синхронный/асинхронный байт-ориентированный протокол IBM Bisync, так и бит-ориентированные синхронные HDLC и IBM SDLC; поддерживается CRC-контроль; корпуса DIP40, PLCC44 и PQFP44.
  • Z80DMA (Direct Memory Access) — контроллер прямого доступа к памяти, одноканальный, корпуса DIP40, PLCC44 и PQFP44
  • Z80DART (Dual Asynchronous Receiver/Transmitter) — UART двухканальный асинхронный приёмопередатчик.

Советские и постсоветские аналоги[править | править вики-текст]

На нескольких заводах был налажен выпуск аналогов Z80: Т34ВМ1, КР1858ВМ1. Некоторые заводы занимались только корпусированием готовых кристаллов, например тайваньских или немецких U880.

Использование[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]