Zilog Z80
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.
Содержание
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.
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.
Япония
NEC
| 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 |
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
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпус | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| TMPZ84C00P | 
|
CMOS | ? | PDIP40 | 8531 |
| TMPZ84C00AP | 
|
CMOS | 4 | PDIP40 | 8628 |
| 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
ГДР
FWE
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпус | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| U880D | 
|
NMOS | 1 | PDIP40 | ? |
MME
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпус | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| 80-CPU | 
|
? | 2.5 | PDIP40 | ? |
| 80A-CPU | 
|
? | 4 | PDIP40 | ? |
| UA880D | 
|
? | 4 | PDIP40 | ? |
| UB880D | 
|
NMOS | 2.5 | PDIP40 | ? |
| VB880D | 
|
NMOS | 2.5 | PDIP40 | ? |
Россия
Ангстрем (Зеленоград)
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпус | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| Т34ВМ1 | 
|
NMOS | 4 | CDIP40 | 9112-9306 |
| Т34ВМ1 | 
|
NMOS | 4 | PDIP40 | 9312 |
| 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 | ? |
TSL
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпуса | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| 80H-CPU | 
|
? | ? | PDIP40 | 1194 |
Thesys
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпуса | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| Z80H | 
|
? | ? | PDIP40 | ? |
Неизвестные производители
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпуса | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| КР1582ВМ2-100 | 128px | ? | ? | PDIP40 | ? |
| 1858ВМ1 | 
|
? | ? | PDIP40 | 9405 |
Украина
Квазар (Киев)
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпуса | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| КР1858ВМ1 | 
|
NMOS | 4 | PDIP40 | 9404 |
КНИИМП (Киев)
| Обозначение | Фотография | Технология | Частота | Корпуса | Даты выпуска |
|---|---|---|---|---|---|
| Z80 | 
|
NMOS | ? | PDIP40 | 9304 |
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:
- TRS-80
- Amstrad CPC
- Sinclair ZX80 и ZX81, а также ZX Spectrum
- Enterprise-64 и Enterprise-128
- Компьютеры стандарта MSX
- В ряде игровых автоматов, в качестве центрального либо "звукового" (управляющего звуковыми устройствами) процессора
- В игровых приставках ColecoVision, Sega Master System и Sega Game Gear
- В карманных игровых приставках Nintendo Game Boy и Game Boy Color (в виде упрощённой версии)
Ссылки
- Thomas Scherrer Z80-Family Official Support Page - сайт с огромным количеством информации по Z80 (на английском)
