Zilog Z80 — различия между версиями

Текущая версия на 15:23, 29 мая 2024

Один из первых выпусков процессора Z80, 1976 год

Zilog Z80 — 8-разрядный микропроцессорный комплект, разработанный и производимый фирмой Zilog с июля 1976 года. Обычно под обозначением Z80 подразумевается основная микросхема набора - микропроцессор. Процессор Z80 широко использовался в домашних и персональных компьютерах, а также во встраиваемых системах различного назначения (включая военные применения). Z80, вместе с его наследниками и клонами, входит в одно из наиболее широко использовавшихся семейств микропроцессоров, а также, вместе с семейством MOS Technology 6502, в одно из доминирующих семейств на рынке 8-разрядных компьютеров с середины 1970-х по середину 1980-х годов. Другие микросхемы набора получили существенно меньшее распространение.

Процессор

Компания Zilog была основана в 1974 году одним из бывших сотрудников Intel - Federico Faggin, ранее разработавшим архитектуру процессора Intel 8080. Zilog Z80 создавался на основе этого опыта и был бинарно совместимым с 8080. Таким образом, бо́льшая часть кода, написанного для 8080 (в частности, операционная система CP/M) могла выполняться на новом процессоре.

По сравнению с 8080, Z80 имел множество усовершенствований:

• Расширенный набор команд, включая побитовые операции, поблочное копирование, поблочный ввод/вывод, инструкции поиска
• Два отдельных, быстро переключаемых, набора РОН
• Дополнительные индексные регистры IX и IY и инструкции для их использования
• Новые режимы прерываний и служебный регистр I
• Встроенная схема регенерации динамической памяти и служебный регистр R
• Единственный 5-вольтовый источник питания (для 8080 требовалось три источника)
• Меньшее количество необходимых дополнительных микросхем
• Меньшая цена

Изначально использовалась NMOS-технология. Ядро процессора содержало около 8.5 тысяч транзисторов и размещалось на кристалле площадью 18 квадратных миллиметров. Первая версия работала на тактовой частоте 2.5 МГц, впоследствии были выпущены модификации для работы на частотах до 8 МГц. Также были разработаны CMOS-версии, более поздние из них могли работать на частотах до 20 МГц. Последующие процессоры в семействе, такие как Z180 и eZ80, являющиеся прямыми наследниками оригинального Z80, могли работать на частотах 33 и 50 МГц соответственно.

Сетка поддерживаемых частот для основной линейки процессоров Z80:

• Z80 - 2.5 МГц
• Z80A - 4.0 МГц
• Z80B - 6.0 МГц
• Z80H - 8.0 МГц

Дальнейшее развитие

Процессор Z80 получил развитие в виде ряда последующих процессоров - Z180, Z800, Z280, Z380 и eZ80.

Z180 по сути представлял собой 8-разрядный микроконтроллер на основе Z80 с повышенной производительностью и большим количеством встроенных устройств. В состав микросхемы входили тактовый генератор, 16-разрядные таймеры, контроллер прерываний и прямого доступа к памяти, последовательный порт и устройство управления памятью, позволявшее адресовать до 1 МБ памяти.

Z800 планировался к выпуску в июле 1985 года. Он являлся 16-разрядным процессором, также обратно совместимым с Z80, а также имел встроенный кэш и устройство управления памятью обьёмом до 16 МБ. Однако, в процессе разработки компания отдала предпочтение развитию другого процессора, Z80000 (32-разрядного), и массовое производство Z800 не было начато.

Z280 был выпущен в июле 1987 года. Он представл собой незначительно улучшенную CMOS версию Z800. Этот процессор не получил коммерческого успеха.

Z380 был выпущен в 1994 году. Он являлся 32-разрядным процессором и также сохранял обратную совместимость с Z80. Процессор получил ограниченное распространение. На рубеже 90-х и 00-х годов существовал проект "суперспектрума" ZX-Monstrum на основе данного процессора, который так и не был воплощен в реальном железе.

eZ80 являлся 8-разрядным процессором, совместимым с Z80 и Z180, но с существенно бо'льшей производительностью. При тактовой частоте 50 МГц (версия выпущена в 2005 году) он имел производительность, сравнимую с процессором Z80, работающим на частоте 150 МГц. Процессор также поддерживал прямую адресацию 16 МБ памяти без использования устройства управления памятью за счёт увеличения разрядности большинства регистровых пар до 24 бит.

Отдельными энтузиастами предпринимался ряд попыток использования процессоров Z180, Z380 и eZ80 в клонах ZX Spectrum, однако они не имели успеха. Одной из проблем являлась неполная обратная совместимость этих процессоров с оригинальным Z80 - в частности отсутствие или иное действие недокументированных команд.

Помимо процессоров Zilog, ряд других компаний выпускали различные процессоры и микроконтроллеры, в разной степени совместимые с Z80. В частности, компания ASCII (Япония) выпустила процессор R800, предназначенный для применения в компьютерах стандарта MSX Turbo R. Он был разработан на основе процессора Z800, но являлся 8-разрядным и имел бо'льшую степень совместимости с оригинальным Z80 (но не полную). Система команд процессора была расширена операциями 8 и 16-разрядного умножения, была повышена максимальная тактовая частота.

Состав набора

Помимо микропроцессора, в набор Z80 входит некоторое количество микросхем поддержки, реализующих различные функции. Количество микросхем поддержки по сравнению с набором 8080 существенно уменьшено. Микросхемы набора имеют обозначение Z84xx, последние цифры определяют назначение микросхемы.

• Z8400 - Z80 CPU, микропроцессор
• Z8410 - Z80 DMA, контроллер прямого доступа к памяти
• Z8420 - Z80 PIO, контроллер параллельного интерфейса
• Z8430 - Z80 CTC, счётчик-таймер
• Z8440, Z8449 - Z80 SIO, контроллер последовательного интерфейса
• Z8470 - Z80 DART, асинхронный последовательный приёмопередатчик

Клоны

Компания Zilog лицензировала производство Z80 сторонним производителям по схеме без выплаты процентов с продаж. Многие крупные компании, такие как NEC, Toshiba, Sharp и другие, занялись выпуском своих вариантов процессоров. Клоны Z80 выпускались во многих странах. Некоторые из них производились без лицензии, "пиратским" способом - в основном в Восточной Европе и России. И лицензионные, и нелицензионные клоны могли выпускаться как под оригинальным, так и под собственным обозначением. Всего компания Zilog произвела менее половины всех выпущенных процессоров.

В оригинальных компьютерах компании Sinclair Research использовались процессоры производства Zilog и NEC. В отечественных клонах использовались как процессоры Zilog, так и почти все существующие клоны, выпускавшиеся в корпусах PDIP40 и CDIP40.

Некоторые клоны, вероятно только нелицензионные, имеют незначительные отличия от оригинального Z80. В них не устанавливается флаг CY при выполнении команды OUTI (по результату сложения выданного в порт числа и значения регистра L после операции), а скрытый системный регистр шины, содержимое которого доступно через недокументированные флаги F3 и F5, имеет отличающуюся логику работы. Эти отличия присутствуют в отечественных клонах (Т34ВМ1, КР1858ВМ1), а также клонах производства ГДР (U880).

Япония

ROHM

Компания выпускала версию в DIP40.

Kawasaki

Компания выпускала как минимум вариант KL5C8400C в корпусе QFP40. Неизвестно о существовании аналогов Z80 этой компании в корпусах DIP40.

NEC

Серия аналогов Z80 выпускалась по лицензии на заводах компании в Японии и Ирландии. Выпускались NMOS и CMOS версии, имевшие разные системы обозначений. Помимо стандартных корпусов PDIP40, CMOS версии также выпускались в корпусах QFP40, QFP44 и LCC44. Процессоры компании применялись в оригинальных компьютерах ZX80, ZX81 и ZX Spectrum. В документации в обозначениях всех микросхем компании присутствует префикс μP, но на корпусах микросхем он обычно не указывается.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
D780C		NMOS	2.5	PDIP40	8240
D780C-1		NMOS	4	PDIP40	8240
D780C-2		NMOS	6	PDIP40	8424
D70008C		CMOS	4	PDIP40	8432-8442
D70008AC-4		CMOS	4	PDIP40	8702
D70008AC-6		CMOS	6	PDIP40	8925
D70008AC-8		CMOS	4	PDIP40	8649

Sharp

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
LH0080		NMOS	2.5	PDIP40	?
LH0080A		NMOS	4	PDIP40	?
LH0080B		NMOS	6	PDIP40	?
LH0080E		NMOS	?	PDIP40	9034

Toshiba

Серия лицензионных аналогов Z80 имела общее название TLCS-Z80MPU. Помимо версий в обычных корпусах PDIP40 также выпускались версии в корпусах TSOP40 (с индексом AF вместо AP в обозначении) и QFP44 (с индексом AF). Все выпускавшиеся процессоры были выполнены по CMOS технологии.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
TMPZ84C00P		CMOS	4	PDIP40	8531
TMPZ84C00AP		CMOS	2.5	PDIP40	8611-8628
TMPZ84C00AP-6		CMOS	6	PDIP40	8814
TMPZ84C00AP-8		CMOS	8	PDIP40	8919
TMPZ84C00AP-10		CMOS	10	PDIP40	8805

Корея

GoldStar

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
Z8400A		NMOS	4	PDIP40	9228
Z8400B		NMOS	6	PDIP40	8728

США

Mostek

Компания была основана в 1969 году бывшими работниками Texas Instruments. В 1979 году была приобретена UTC. До постройки компанией Zilog собственного завода Mostek занималась производством микросхем серии Z80 на своих заводах на Филлипинах и в Малазии в обмен на последующее получение прав на производство собственных клонов. В отличии от многих производителей Z80, компания выпускала большое количество вариантов микросхем для специальных применений. В 1985 году была продана французской компании Thomson SA, впоследствии ставшей частью европейской компании STMicroelectronics, также производившей клоны Z80.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
MK3880N		NMOS	2.5	PDIP40	7952
MK3880N-IRL		NMOS	2.5	PDIP40	8442
MK3880N-4		NMOS	4	PDIP40	8429
MK3880N-6		NMOS	6	PDIP40	8220
MK3880P		NMOS	2.5	CDIP40	7831
MK3880P-4		NMOS	4	СDIP40	7837
MK3880P-10		NMOS	2.5	СDIP40	8020
MKB3880P-84		NMOS	4	СDIP40	8223

ROHM Electronics

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
BU18400A-PS		NMOS	4	PDIP40	?

ГДР

FWE

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
U880D		NMOS	1	PDIP40	?

MME

Кроме процессора U880 завод MME также выпускал периферийные микросхемы этой серии, U855-PIO, U856-SIO, U857-CTC, U858-DMA.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
80-CPU		?	2.5	PDIP40	?
80A-CPU		?	4	PDIP40	?
80A-CPU		?	4	CDIP40	9107
UA880D		?	4	PDIP40	?
UB880D		NMOS	2.5	PDIP40	?
VB880D		NMOS	2.5	PDIP40	?

Румыния

Microelectronica

Клоны Z80, выпускаемые компанией, применялись во многих румынских клонов ZX Spectrum. Вероятно, роль компании и история румынских клонов Z80 аналогична роли завода "Ангстрем" и истории отечественным клонов Z80.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
MMN 80CPU		NMOS	4	PDIP40	?

Италия

Società Generale Semiconduttori - Aquila Tubi E Semiconduttori (SGS-ATES)

Итальянский производитель микроэлектроники, впоследствии ставший частью европейской компании STMicroelectronics, также выпускавшей клоны Z80. Компания выпускала большое количество версий Z80, включая версии в корпусах LCC44.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
Z80ACPUD1		NMOS	4	CDIP40	?
Z8400B1		NMOS	2.5	PDIP40	?
Z8400AB1		NMOS	4	PDIP40	?
Z8400BB-1		NMOS	6	PDIP40	?
Z8400BB1		NMOS	6	PDIP40	?
Z84C00AB6Y		CMOS	4	PDIP40	?
Z84C00BB6Y		NMOS	6	PDIP40	?

Швейцария

STMicroelectronics

Компания создана в июле 1987 года в результате слияния итальянской компании Società Generale Semiconduttori (SGS-ATES) и французской Thomson Semiconducteurs (Thomson SA). Обе компании на момент слияния занимались производством клонов Z80, Thomson также владела компанией Mostek, одним из основных производителей клонов Z80. До 1998 года образованная компания носила название SGS-THOMSON. Главная штаб-квартира компании находится в Швейцарии, компания также имеет штаб-квартиры и производственные мощности во многих странах мира. В настоящее время компания является крупнейшим производителем полупроводниковых компонентов в Европе и пятым по величине в мире.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
Z84C00AB6		CMOS	4	PDIP40	?
Z8400BB1		NMOS	6	PDIP40	?
Z8400BB1X2		NMOS	6	PDIP40	?

Россия

Ангстрем (Зеленоград)

Завод «Ангстрем» одним из первых в СССР наладил серийный выпуск клонов Z80 под названием Т34ВМ1. Подобно ГДР-овскому U880 процессор Т34ВМ1 имеет незначительные программные отличия. В дальнейшем этот процессор выпускался под имененем 1858ВМ1, КР1858ВМ1, КМ1858ВМ1.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпус	Даты выпуска
Т34ВМ1		NMOS	4	CDIP40	9112-9306
Т34ВМ1		NMOS	4	PDIP40	9112-9306
КР1858ВМ1		NMOS	4	PDIP40	9301-9411

Воронежский Завод Полупроводниковых Приборов

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
КР1858ВМ1		NMOS	4	PDIP40	9107-9312
КМ1858ВМ1		NMOS	4	CDIP40	?

НПО Физика

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
КМ1582ВМ2-100		?	?	PDIP40	?
Т34ВМ1		NMOS	4	PDIP40	9312
1858ВМ1		?	?	PDIP40	9405

Процессор в корпусе "Физика" под обозначением 80H-CPU PLATAN: [1]

Неизвестные производители

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
SU880CA		?	?	PDIP40	9308
80H-CPU		?	8 ?	PDIP40	?

Украина

Квазар (Киев)

С начала 1980-х (примерно 1980) до начала 1990-х годов завод "Квазар" занимался выпуском микросхем 580 и 1810 серий - клонов i8080 и i8086. В 1993 году также был начат выпуск процессора КР580ВМ1, являвшегося улучшенной версией 8080 (не имел зарубежных аналогов). Производство этого процессора было быстро прекращено, вероятно из за малой востребованности. Вероятно, в связи с этим в середине 1990-х годов (1994) предпринимались попытки производства более востребованных клонов Z80. КР1858ВМ1 производства "Квазар" встречались в АОН (версия Русь), выпускавшихся небольшими кооперативами и частными предпринимателями того времени.

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
КР1858ВМ1		NMOS	4	PDIP40	9404

Корпус "Квазар" с обозначением "TSL"[2]:

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
80H-CPU		?	11..14	PDIP40	0594-1194

КНИИМП (Киев)

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
Z80		NMOS	?	PDIP40	9304

Thesys (КНИИМП?[3])

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
Z80H		?	?	PDIP40	?

Беларусь

Транзистор (Минск)

Обозначение	Фотография	Технология	Частота	Корпуса	Даты выпуска
КР1858ВМ3		?	4	PDIP40	9604

Использование

Помимо других применений, Z80 широко использовался в различных бытовых компьютерах и игровых системах. Среди них:

• Компьютеры:
  • Amstrad CPC и Amstrad PCW
  • Cambridge Computer Z88 (портативный)
  • Enterprise-64 и Enterprise-128
  • Jupiter ACE
  • MicroBee
  • MSX
  • Robotron-1715 и Robotron-1715M
  • Sam Coupe
  • Sinclair ZX80, ZX81 и ZX Spectrum
  • TRS-80
• Игровые консоли:
  • Bally Astrocade
  • ColecoVision
  • Sega Master System
  • Sega Mega Drive (Genesis) - в качестве вспомогательного
• Портативные игровые консоли:
  • Game Boy и Game Boy Color (в виде упрощённой версии)
  • Mega Duck/Cougar Boy
  • Sega Game Gear
• Графические калькуляторы TI-83/TI-84 компании Texas Instruments
• Автоматические определители номера (до перехода на 8051)
• Плееры семейства S1 MP3 Player (используется лишь в качестве управляющего, декодер сжатых звуковых форматов реализован аппаратно)
• Матричный принтер Robotron-6329
• Множество игровых автоматов. Z80 использовался в качестве центрального либо "звукового" (управляющего звуковыми устройствами) процессора

Ссылки

• Thomas Scherrer Z80-Family Official Support Page - сайт с огромным количеством информации по Z80 (на английском)