Микропроцессор Z80

Микропроцессор Z80.......................................................................................................... 1

Основные характеристики............................................................................................. 2

Назначение выводов....................................................................................................... 2

Шина адреса................................................................................................................. 2

Шина данных............................................................................................................... 3

Шина синхронизации и управления......................................................................... 3

Шина питания.............................................................................................................. 4

Регистровая структура микропроцессора..................................................................... 4

Регистры общего назначения..................................................................................... 4

Индексные регистры................................................................................................... 5

Счётчик команд........................................................................................................... 5

Указатель стека............................................................................................................ 5

Прочие регистры......................................................................................................... 6

Система прерываний....................................................................................................... 6

Флаги управления прерываниями............................................................................. 6

Немаскируемые прерывания...................................................................................... 7

Маскируемые прерывания.......................................................................................... 7

Приоритет прерываний.............................................................................................. 8

Система команд............................................................................................................... 9

Методы адресации....................................................................................................... 9

Операции байтовой пересылки данных................................................................. 11

Операции двухбайтовой пересылки данных......................................................... 13

Операции обмена....................................................................................................... 15

Операции обработки блоков данных...................................................................... 15

Байтовые арифметико-логические операции......................................................... 16

Двухбайтовые арифметические операции.............................................................. 20

Операции сдвига....................................................................................................... 21

Битовые операции..................................................................................................... 25

Операции переходов................................................................................................. 26

Операции ввода-вывода........................................................................................... 28

Прочие операции....................................................................................................... 29

Приложение 1. Сводка инструкций микропроцессора Z80..................................... 30

Приложение 2. Подпрограммы умножения и деления............................................. 40

Умножение 8-разрядных чисел................................................................................ 40

Умножение 16-разрядных чисел.............................................................................. 40

8-разрядное деление.................................................................................................. 41

Микропроцессор Z80 был разработан фирмой Zilog в 1976 году и стал, вероятно, наиболее мощным из 8-разрядных микропроцессоров. Его популярности способствовало сохранение полной совместимости “снизу вверх” на уровне системы команд с микропроцессором 8080 фирмы Intel (советский аналог – КР580ВМ80А), к тому времени ставшим де-факто мировым стандартом на 8-разрядный микропроцессор.

В нашей стране Z80 известен прежде всего по игровым компьютером Sinclair Spectrum, чрезвычайно популярным во второй половине 1980-х годов. Однако спектр применения этого микропроцессора был намного шире. В частности, именно он является “мозгом” французских противокорабельных ракет “Exocet” (в 1982 году такой ракетой аргентинский истребитель “Мираж” потопил английский эскадренный миноносец “Шеффилд” – один из наиболее современных на тот момент боевых кораблей).

Основные характеристики

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.

Z80 поддерживает три схемы организации обработки прерываний, в том числе режим совместимости с микропроцессором 8080. Правда, для согласования микропроцессора Z80 с контроллером прерываний 8259 фирмы Intel требуются дополнительные схемы, т.е. режим совместимости оказался не совсем “совместимым”.

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