ElZilog Z80 és unmicroprocessador de8 bits dissenyat i venut perZilog des del juliol de 1976. S'utilitzava àmpliament tant enmicroordinadors així com per a propòsits militars. El Z80 i els seus derivats i els clons constitueixen una de les famílies deCPU més comunament utilitzades de tot el temps, i, junt amb la família6502, dominava el mercat de microordinadors de 8 bits fins a finals dels anys 1970 a mitjan anys 1980.[1][2][3]
El Z80 va ser dissenyat principalment perFederico Faggin, que va estar treballant aIntel com a dissenyador cap de l'Intel 4004 i de l'Intel 8080. Quan es va acabar de produir, el1974,Federico Faggin va deixar Intel, va fundarZilog i va començar a treballar en el disseny de Z80 basant-se en l'experiència adquirida creant l'Intel 8080 i basant-se en l'estructura d'aquest últim. Dos anys després estava a la venda el Z80.
El Z80 estava dissenyat per ser compatible a nivell de codi amb l'Intel 8080, de manera que la majoria dels programes pel 8080 poguessin funcionar en ell, especialment elsistema operatiuCP/M.
El Z80 tenia vuit millores fonamentals respecte a l'Intel 8080:
Unconjunt d'instruccions millorat, incloent els nous registres índex IX i IY i les instruccions necessàries per manejar-los.
Dos bancs de registres que podien ser canviats de forma ràpida per accelerar la resposta ainterrupcions.
Instruccions de moviment de blocs,E/S de blocs i recerca debytes.
Necessitat de menyscircuits auxiliars, tant per a la generació del senyal de rellotge com per a l'enllaç amb la memòria i laE/S.
Més barat que l'Intel 8080.
Una tipus especial de reset que només reinicia el comptador de programa de manera que el Z80 es pot usar en un sistema de desenvolupament HISSI (In-Circuit Emulator).[4]
El Z80 va eliminar ràpidament a l'Intel 8080 del mercat i es va convertir en un dels processadors de 8 bits més populars. Les primeres versions funcionaven a 2,5MHz, però la seva velocitat ha augmentat fins als 20 MHz. Així, la versió més utilitzada va ser el Z80A funcionant a 3,58MHz (un quart de la freqüència PAL o NTSC) sent la velocitat de fàbrica de 4 MHz.[5]
En l'actualitat Zilog segueix fabricant versions del Z80 original i altres models compatibles que milloren les prestacions.
A mitjananys 1980 el Z80 va ser usat en elTatung Einstein i la família d'ordinadors domèstics i empresarialsAmstrad CPC iAmstrad PCW. El Z80 també va ser usat en els ordinadorsTiki 100, que s'empraven en els col·legis deNoruega en aquells dies.
Va ser tan gran la popularitat del Z80 i el CP/M que altres ordinadors basats en elMOS Technology 6502 o6510 que ja estaven al mercat, com elBBC Micro, l'Apple II i elCommodore 64 podien ser ampliats mitjançant una targeta o cartutx que contenia un processador Z80. També elCommodore 128 incloïa un Z80 secundari al costat delMOS Technology 8502 principal per poder usar CP/M.
En l'actualitat, part de la gamma decalculadores gràfiques programables deTexas Instruments com lesTU-73 (1998),TU-73 Explorer (2003),TU-82 (només el model de 1999),TU-83 Plus (només models de 1999 i 2001),[6] i les seves successores empren una versió clònica del Z80 fabricada per NEC com a processador principal.
A més el Z80 també és un microprocessador popular per ser usat ensistemes incrustats, camp on s'empra de manera extensiva.
Mostek iSGS van sersegones fonts del Z80 (Mostek MK3880 i SGS Z8400).Sharp iNEC fabriquen clònics del Z80 (Sharp LH-0080 iNEC µPD780C).National Semiconductor va fabricar un processador clònic, elNSC800, amb tecnologiaCMOS però que no era compatible pin a pin.Hitachi va fabricar una versió amb tecnologia CMOS millorada, la segona font de la qual va ser curiosament la pròpia Zilog.
Avui en dia existeixen dos nuclis de processador anomenats T80 i TV80 que són funcionalment equivalents al Zilog Z80 i es troben disponibles sota una llicència de tipusBSD. El codi font d'aquests nuclis està disponible tant aVerilog com aVHDL. Una vegada sintetitzada aquesta última versió pot funcionar fins a 35MHz en unaFPGAXilinxSpartan II.
En l'actualitat la pròpia Zilog fabrica una versió millorada del Z80 anomenadaeZ80, que funcionant a 50 MHz té un rendiment similar a un Z80 funcionant a 150 MHz i a més pot adreçar fins a 16MB dememòria RAM estenent la grandària dels registres, davant dels 64KB del Z80.
Existeixen dissenys de maquinari actuals que implementen un Z80 dins d'un xip programables programant part del xip perquè compleixi les funcions del Z80.
No tots els clons d'aquest microprocessador tenen connectat el pin NMI, per la qual cosa en intentar usar-lo en alguns models aquest fa cas omís.
Un antic Z180 en un empaquetatPLCC (els més petitsQFP iLQFP són més comuns avui en dia).Z8S180.
ElZ180 és el successor del Z80. És compatible amb una llarga col·lecció de programari.[7] La família Z180 afegeix majors prestacions i funcions de perifèrics integrats com el generador de rellotge, comptadors/rellotges de 16 bits,controlador d'interrupcions, generadors d'estat d'espera, ports sèrie i un controladorDMA.[8] Usa cicles de lectura i escriptura separats, usant rellotges similars als del Z80 i als processadors Intel.[9] LaMMU integrada té la capacitat d'adreçar fins a 1MB de memòria. És possible configurar el Z180 perquè operi com un HitachiHD64180.
Xip
Velocitat (MHz)
Rellotges
E/S
Ctrl. comunicacions
Uns altres
Z80180
6, 8, 10
2
N/S
CPU
1 MB MMU, 2xDMAs, 2xUARTs
Z80181
10
1
16
CPU
1 MB MMU, 2xDMAs, 2xUARTs
Z80182
16, 33, 20
0
Rellotge sèrie, 24
ESCC, CSIO, UART
S180 Megacell, 2xESCC channels, 16550 MIMIC
Z80195
20, 33
4
7/24
SCC, CSIO, UART
Z8L180
20
2
Rellotge sèrie
CSIO, UART
1 MB MMU, 2xDMAs, 2xUARTs, 3.3 V Operation
Z8L182
20
0
Rellotge sèrie
ESCC, CSIO, UART
S180 Megacell, 2x canals ESCC, 16550 MIMIC, operació a 3,3V
ElZ80182 és una versió millorada del Z80 i és part de la família Z180. Se li sobrenomenaControlador de perifèrics intel·ligents de Zilog (ZIP: Zilog Intelligent Peripheral Controller). També és completament estàtic (el rellotge pot ser parat i no es perden dades dels registres) i té una opció de baixainterferència electromagnètica que redueix elslew rate de les sortides.
El Z80182 pot operar a 33MHz amb un oscil·lador extern operant a 5volts, o a 20 MHz usant l'oscil·lador intern a 3,3 V.[10]
ElHD64180 és un microprocessador basat en el Z80 desenvolupat per Hitachi que inclou una MMU. L'HD64180Super Z80 va ser posteriorment llicenciat a Zilog i venut amb el nom Z64180 incloent algunes millores com les presents en el Z180.
ElZ280 va ser una millora de l'arquitectura Z80 presentada al juliol de 1987. Bàsicament és una versió CMOS lleugerament millorada de l'anterior Z800. Ambdues versions, el Z280 i el Z800, van ser fracassos comercials.[11]
Malgrat ser un microprocessador de 8 bits, el Z80 pot manejar instruccions de 16 bits i pot adreçar fins a 64 KiB de RAM. Una de les característiques més ressenyables és que té les instruccions de l'Intel 8080 com a subconjunt, de manera que alguns ordinadors basats en Z80 podien executar programes dissenyats pelCP/M de l'8080. Això ha fet que els formats d'instrucció del Z80 siguin bastant complexos, ja que han de mantenir la seva compatibilitat amb el 8080. No obstant això el Z80 ha aconseguit millorar al microprocessador d'Intel en velocitat, ha afegit noves maneres d'adreçament i conté un joc d'instruccions més ampli.
L'estructura de registres del Z80 està composta per un banc principal, un altre alternatiu i finalment un banc compost per registres especials.[12] L'existència del banc alternatiu millora la velocitat davant la presència de lesinterrupcions, ja que permet canviar des del banc principal a l'alternatiu. Els registres són:
A, B, C, D, E, H i L (banc principal)
A', B', C', D', E', H' i L' (banc alternatiu)
I, R, IX, IY, SP i PC (registres especials)
Els registres del banc principal són generals i de 8 bits. Es poden prendre per parelles, sent llavors IX i IY els registres índexs. El registre A serveix d'acumulador. El R emmagatzema el bloc de memòria al refresc de la qual es va a procedir. El SP és el punter de cim de pila. El PC és el comptador de programa. El F conté els flags o també anomenats bits de condició.
Registres primaris Registres alternatius+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| A |S Z - A - P N C| F | A' |S Z - A - P N C| F'+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| B | C | | B' | C' |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| D | E | | D' | E' |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| H | L | | H' | L' |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Registres índex+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| IX |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| IY |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Punter de pila i Comptador de programa+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| SP | Punter de pila+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| PC | Comptador de programa+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Registre d'interrupcions iRegistre de refresc de memòria+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+| I | R |+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
El registre utilitzat per guardar la dada que s'està usant.És el registre més important, al costat del registre F (amb el qual forma el parell de registres AF). La majoria de les operacions matemàtiques i lògiques de 8bits es realitzen a través d'aquest registre, d'aquí la seva importància.
És el parell de registres més versàtil, utilitzat sobretot per contenir adreces de memòria.En el registre simple L es col·loca el byte més baix (LOW en anglès) de l'adreça de memòria, i en H, es col·loca el byte més alt (HIGH en anglès) de l'adreça de memòria. Així mateix, és molt utilitzat per les trucades a subrutines BIOS (CALL) per a dades d'entrada/sortida de la subrutina anomenada. Algunes instruccions Assembler són específiques d'aquest parell de registres.
Són 2 registres de 16 bits.S'utilitzen com a registres basi per apuntar a una adreça de memòria d'on es va a prendre una dada. S'indica un byte addicional que implica desplaçament.
Encara que no està documentat oficialment, es poden utilitzar com 2 registres de 8 bits independents, obtenint un total de 4 registres de 8 bits extres.
Flag F: Indica condicions especials en realitzar operacions matemàtiques o lògiques.
Serveix com a conjunt de banderes, que ens indiquen la informació sobre les operacions que s'estan realitzant.[13][14][15][16]
Registre d'interrupcions I: S'utilitza per executar qualsevol subrutina com a resposta a una interrupció maquinari, utilitzant-se com a capdavanter I com la part alta de l'adreça i la dada que existeixi en el bus de dades com la part baixa, això permet manejar 128 interrupcions diferents.
Registre de refresc R: El valor del registre R es col·loca en el bus d'adreces mentre s'activa el senyal de refresc proporcionada per la CPU. Això ocorre mentre la CPU descodifica una instrucció, o un prefix d'instrucció.
↑Balch, Mark. «Digital Fundamentals». A:Complete Digital Design: A Comprehensive Guide to Digital Electronics and Computer System Architecture. Nova York: McGraw-Hill Professional, 2003-06-18, p. 122.ISBN 0-07-140927-0.
↑The Seybold report on professional computing. Seybold Publications, 1983. «In the 8-bit world, the two most popular microcomputers are the Z80 and 6502 computer chips.»
Anderson, Alexander John. CRC Press,.Foundations of Computer Technology (en anglès), 8 set 1994.ISBN 0-412-59810-8.
Artwick, Bruce A. Prentice-Hall.Microcomputer interfacing (en anglès), 1980.ISBN 978-0-13-580902-0.
Axelson, Jan. Lakeview research.Embedded ethernet and internet complete (en anglès), 2003.ISBN 978-1-931448-00-0.
Balch, Mark. «Digital Fundamentals». A: McGraw-Hill Professional.Complete Digital Design: A Comprehensive Guide to Digital Electronics and Computer System Architecture (en anglès), 2003.ISBN 0-07-140927-0.
Brock, Gerald W. Harvard University Press.The second information revolution (en anglès), 2003.ISBN 978-0-674-01178-6.
Wai-Kai Chen. «61.4 - Microprocessor Based Degins: Interfacing». A: CRC Press.The circuits and filters handbook (en anglès), 2002.ISBN 978-0-8493-0912-0.
Ciarcia, Steve. BYTE.Build your own Z80 computer: design guidelines and application notes (en anglès), octubre 1981.ISBN 0-07-010962-1.
Commodore Business Machines. Bantam Books.Commodore 128: Programmer's Reference Guide (en anglès), 1986.ISBN 978-0-553-34292-5.
Daniel Sánchez-Crespo Dalmau. New Riders.Core techniques and algorithms in game programming (en anglès), 2004.ISBN 978-0-13-102009-2.
Froehlich, Robert A. Crown Publishers.Free software catalog and direct (en anglès), 1984.ISBN 978-0-517-55448-7.
Joe Grandet al.. Syngress.Game console hacking: Xbox, PlayStation, Nintendo, Game Boy, Atari, & Sega (en anglès), 2004.ISBN 978-1-931836-31-9.
Heath, Steve. Newnes.Embedded systems design (en anglès), dicembre 2002.ISBN 978-0-7506-5546-0.
Holtz, Herman. Chapman and Hall.Computer work stations - A Manager's Guide to Office Automation and Multi-User Systems (en anglès), 1985.ISBN 978-0-412-00491-9.
Hyder, Kamal; Bob Perrin. Newnes.Embedded systems design using the Rabbit 30000 microprocessor (en anglès), 2004.ISBN 978-0-7506-7872-8.
Longley, Dennis; Michael Shain. MacMillan Press.Expanding and networking microcomputers: the complete and up to date guide to over 600 boards for Apple and IBM PCs (en anglès), 1985.ISBN 978-0-333-38006-2.
Aditya P. Mathur. McGraw Hill.Introduction to Microprocessors (en anglès), 1990.ISBN 978-0-07-460222-5.
Meystel, Alex. World Scientific.Autonomous mobile robots: vehicles with cognitive control (en anglès), 1991.ISBN 978-9971-5-0089-4.
Miesenberger, Klaus. Springer-Verlag.Computers Helping People with Special Needs (en anglès), 2008.ISBN 978-3-540-70539-0.
Nelson, Ross P. Microsoft Press.The 80386 book: assembly language programmer's guide for the 80386 (en anglès), 1989.ISBN 978-1-55615-138-5.
Nitsche, Michael. «Games and Rules». A: MIT Press.Video Game Spaces: Image, Play, and Structure in 3D Worlds (en anglès), 2009.ISBN 0-262-14101-9.
Sanchez, Julio; Maria P. Canton. CRC Press.Software solutions for engineers and scientists (en anglès), 2008.ISBN 978-1-4200-4302-0.
Scanlon, Leo J. Brady Books.8086/8088/80286 assembly language (en anglès), 1978.ISBN 978-0-13-246919-7.
Sinclair, Ian R. Newnes.Practical electronics handbook (en anglès), 2000.ISBN 978-0-7506-4585-0.
A. El-Hajj; K.Y. Kabalan; M. Mneimneh; F. Karablieh «Microprocessor simulation and program assembling using spreadsheets» (en anglès). Simulation, 75, agosto 2000.DOI:10.1119/1.14604.
K. Nagasawa; K. Taki; H. Tamemoto; B.Y. Lee; H. Tanaka; S. Imai; Y. Kajikawa; D. Azuma «Design and evaluation for super low power Z80 with pass-transistor logic» (en anglès). Sharp Technical Journal, 67, abril 1997.
W. Lunscher «Semaphore Strategy For Z80» (en anglès). IEEE Micro, 5, 1985.DOI:10.1109/MM.1985.304535.
M. Smith; B.E. Luff «Automatic Assembler Source Translation From The Z80 To The Mc6809» (en anglès). IEEE Micro. IEEE, 4, 1984.DOI:10.1109/MM.1984.291314.
Trevor N. Mudge; Gregory D. Buzzard «Teaching Assembly Language Programming With ZIP, A Z80 Assembly Language Interpreter Program» (en anglès). IEEE Transactions on Education. IEEE, 26, 1983.DOI:10.1109/TE.1983.4321615.
SistemaMicroprofessor I amb Z80, amb manuals de curs i d'aprenentatge.
Zilog Z80
