Z80

Z80微機的早期套用主要是將構成計算機系統的Z80微處理器，RAM，ROM和輸入/出接口等電路都組合在一塊PCB板卡上面，因此這時期的Z80微機系統也叫Z80單板機（SBC，Single Board computer）。

基本介紹

• 外文名：Z80
• 微處理器：microprocessor
• 時鐘頻率：8MHz
• 公司：Zilog

概述

1976年美國Zilog公司推出的微處理器（microprocessor）Z840004，Z840006和Z840008因其卓越的性能，強大的輸入/出接口能力，快速的運算速度（Z840008時鐘頻率可達8MHz，同時期的其他產品如Intel的8085、Motorola的M6802等時鐘頻率為2~5MHz），品種多樣的外設支持而迅速被業內人士關注。Zilog公司的這類微處理器通常被叫做Z80微處理器或Z80微機。

Z80單板機具有體積小，外設搭配靈活，運行可靠等特點，因此在以後的十幾年時間裡，Z80單板機被廣泛的套用於PC機接口及擴展和各種工業、控制領域，尤其是在美國和日本得到了極大的發展。我國自上世紀80年代末引入，因為其所具有的第三代計算機的優良特點而迅速被市場所接受，小到家用電器，紅白遊戲機，大到工業採集系統，自動控制裝置，電動機及傳動等都有大量的使用和套用。各類大中型院校也開設了Z80微處理器的課程，Z80微處理器和Z80單板機的研究和套用在我國具有廣泛的基礎。

設計特點

Zilog公司對Z80微處理器的設計定位是：特殊套用標準產品，即：（ Application Specific Standard Parts）。它要求該微處理器既能象ASIC（Application Specific Integrated Circuit）那樣儘可能利用硬體設計滿足套用對象的各種特殊要求，又能通過軟體代碼手段來適應各種套用場面。

Z80微處理器使用了NMOS的大規模IC工藝，可以說是當時的Intel 8080的改進產品，為了達成上述設計思想，Z80單板機擁有很多支持的外設，而其支持的彙編指令也多達158條（Intel 8080隻有72條），套用非常靈活。

因此，硬體的專門設計+軟體的靈活設計構成Z80微處理器的最顯著設計特點，也使之成為了80年代最成功的8位CPU之一。

結構

，16個地址連線埠，可以定址64K的地址空間，支持三種中斷；具體功能可以參見Z80的datasheet.（z80）

Z80 IO配置

Z80微處理器的內部暫存器也較為特殊，有兩套暫存器組：Main Register Set和Alternate Register Set，如圖所示。其中Main Register Set完成正常暫存器定址及運算功能，Alternate Register Set完成對Main Register Set的備份和替換，在實際軟體編碼中使用很靈活。

Z80的指令集多達158條，按照處理方式可以分成8位指令集和16位指令集；按照功能可以分成8大類；指令的長度一般為1-4位元組，執行時間為4-23T，T為時鐘周期。Z80定址方式也很靈活，可以分成：直接定址，暫存器定址，暫存器間接定址，立即定址，相對定址和變址定址，其具體原理可以參見datasheet，這裡不再贅述。

Z80 內部暫存器

結論

雖然Z80微處理器的設計和結構特點已經具備了現代CPU的特點，但由於大規模集成IC工藝的出現，單片機（MCU）這種Soc（System on a Chip）系統的出現對Z80造成了很大的衝擊，這表現在：

1. 單片機的大規模集成工藝彌補了Z80單板機的工藝缺陷；
2. 現代工業的高速性使Z80單板機走到了盡頭；
3. 單片機的高度外設集成使Z80單板機設計顯得複雜；
4. 程式設計的簡潔性好和移植性高等特點注定Z80單板機要逐漸被取代；

儘管如此，上世紀80年代左右產生的Z80單板機也是非常優秀的一款微處理器，它在設計之初就已經融入了部分現代CPU的設計理念，並且作為嵌入式學習的一種選擇，Z80單板機仍然還是有自己的一些特點：

• 學習Z80微處理器的硬體結構，定址方式和指令集有助於理解嵌入式系統開發原理；儘管51，ARM（基於ARM指令集的硬體平台）硬體平台，DSP，AVR，MPS430，9S12，PowerPC等都是非常優秀的嵌入式硬體平台，但究其原理，Z80系統架構仍然是這些架構中的佼佼者，其簡潔，靈活的特點是較為顯著的；
• 搭建Z80系統可以更好的理解Soc的工作原理；當前主流的單片機或者Soc系統都採用了大規模集成工藝，對於大多數外設，如RAM，ROM，輸入輸出連線埠等都已經集成在了單片機內部，這樣就構成了一個類似的“閉鎖”系統，再加之C語言開發的特點，很多嵌入式的內部原理是無法深入了解的，而根據嵌入式的特點，只有了解了其內部時序和暫存器的特點（Z80無累加器，使用暫存器陣列的特點）才能開發出優秀的執行率高，誤碼率少的代碼。