2.1.1 Основные параметры микро-ЭВМ Z80

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.

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, большую 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 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 1МГц.

Z80 является однокристальным микропроцессором третьего поколения, оперирующим 8-разрядными данными и 16-разрядными адресами. Максимальный объём прямо адресуемой памяти и прямо адресуемого пространства ввода вывода - по 64 Кбайта (пространство ввода-вывода микропроцессора 8080 составляет 256 байт).

Система команд микропроцессора Z80 включает 158 инструкций, из которых 78 полностью аналогичны командам микропроцессора 8080, хотя и имеют другие мнемоники. Помимо традиционных для 8-разрядных микропроцессоров арифметико-логических команд, у Z80 имеются инструкции, работавшие с отдельными битами, а также облегчающие обработку символьной информации.

Выпускались микропроцессоры с различными рабочими тактовыми частотами от 2,5 до 8 МГц (у 8080A - 2,5 МГц), что обеспечивало очень высокое по тем временам быстродействие (команда сложения типа “регистр-регистр” выполнялась за 4 такта, что на частоте 8 МГц составляло 2 млн. операций в секунду). Советский аналог Z80 - микропроцессор КР1858ВМ1 - работает на тактовой частоте 4 МГц.

Микропроцессор содержит два идентичных набора регистров общего назначения по сравнению с единственным набором процессора 8080. Благодаря наличию двух наборов регистров обеспечивается быстрое переключение контекста при обработке прерываний. Кроме того, по сравнению с прототипом были добавлены два 16-разрядных индексных регистра, что позволило расширить набор методов адресации операндов в памяти.

Наконец, на самом кристалле микропроцессора реализован счётчик регенерации динамической памяти, что позволяет резко сократить количество деталей в простых микрокомпьютерах по сравнению с 8080.

Основные параметры МК Z80 приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики БИС Z80