Stručně o CPU Z80

autor: Milan Babák

Procesor Z80 společnosti Zilog byl uveden na trh v roce 1976. Výrobce nabízí od roku 1977 i rychlejší variantu Z80A. Patří k nejlepším osmibitovým procesorům třetí generace.
Vnitřní struktura procesoru Z80 vychází z koncepce Intelovského procesoru 8080 (který byl uveden na trh o dva roky dříve), byla však pozměněna funkce některých vývodů a struktura vnitřních registrů. Osmibitové datové registry včetně střadače a registru příznaků jsou sice stejné jako u typu 8080, avšak vyskytují se na základním čipu dvakrát. Vždy je aktivována pouze jedna z obou skupin registrů. Toto uspořádání podstatně urychluje práci s uložením obsahu registrů při zpracování přerušení. Oproti procesoru 8080 byl doplněn osmibitový registr I (používá se pro určení adresy při obsluze přerušení) a registr R (uplatňuje se při obnovování obsahu dynamických pamětí).
Soubor šestnáctibitových registrů byl v porovnání s typem 8080 rozšířen o dva registry IX a IY (tzv. indexové registry), které se převážně využívají pro adresaci datových polí v operační paměti.
Zjištění výsledku aritmetických nebo logických operací dovoluje registr příznaků, který obsahuje šest klopných obvodů. Označují se C (Carry), S (Sign), Z (Zero), P (Parity/Overflow), H (Half - Carry), N (Substract flag) a jejich nastavování je (až na jednu vyjímku) stejné, jako u procesoru 8080.
Procesor Z80 má dva samostatné vstupy požadavků na přerušení. Vstup INT (Interrupt Request) akceptuje žádosti o přerušení v závislosti na stavu vnitřního klopného obvodu IFF (Interrupt Flip - Flop). Vstup NMI (Non - Maskable Interrupt Request) je zcela nezásvislý a má vyšší prioritu.
V návaznosti na procesor Z80 se dodávají další čtyři programovatelné obvody LSI pro komunikaci s periferními zařízeními. Jsou to:

• Z80 - PIO (Parallel Input/Output Controller)
• Z80 - SIO (Serial Input/Output Controller)
• Z80 - CTC (Counter/Timer Controller)
• Z80 - DMA (Direct Memory Access Controller)

Soubor instrukcí procesoru Z80 obsahuje celkem 158 instrukcí a jsou mezi nimy všechny instrukce 8080. Zachování programové kompatibility patří k velkým přednostem procesoru Z80. Vzhledem k většímu počtu instrukcí jsou některé operační znaky ve strojovém kódu dvoubytové.
Základní technické parametry a vlastnosti procesoru Z80 jsou:

• výrobní technologie N-MOS (na základním čipu je asi 8 000 aktivních prvků)
• délka datového slova 8 bitů (paralelní zpracování)
• délka adresového slova 16 bitů
• přímá adresace operační paměti maximálně 64 KB
• kladná logika
• jednofázové vnější hodiny
• frekvence hodinových impulzů nejvýše 2,5 MHz (Z80) a 4 MHz (Z80A)
• osmibitová obousměrná datová sběrnice
• šestnáctibitová adresová sběrnice
• instrukční soubor obsahuje 158 instrukcí
• délka instrukcí ve strojovém kódu 1 až 4 byty
• doba provádění nejrychlejší instrukce 4T (1 us pro Z80A)
• zásobníková vnější paměť (v paměti RAM)
• dva samostatné vstupy přerušení (INT, NMI)
• možnost přímého přístupu do paměti (DMA)
• pouzdro DIL se 40 vývody
• napájecí napětí +5 V