最長命Z80 CPU的前世今生

穿越時(shí)空的愛戀-Z80 CPU的前世今生

它是1976年推出時(shí)，與6502 CPU 一起，引發(fā)了一系列項(xiàng)目，導(dǎo)致了 80 年代初期的家用計(jì)算機(jī)革命。同時(shí)你能想象在CPU更新迭代速度這么快的時(shí)代，直到今天他還在服役，還沒“退休”。

TI-84 Plus CE 直到現(xiàn)在還在生產(chǎn)售賣（截止2020年），網(wǎng)頁地址：https://www.cemetech.net/news/2020/5/950/_/ti-83-premium-ceti-84-plus-ce-asmc-removal-updates

基于Zilog eZ80 （TI-84 Plus CE） TI產(chǎn)品（2020年）

這塊CPU也被廣泛應(yīng)用于蘋果電腦、街機(jī)及世嘉的各種游戲機(jī)，這塊CPU就是Zilog Z80 ，讓我們看下這塊可能是最“長命”的CPU的前世今生。

Z80是一個(gè)8位的微處理器，是Zilog公司作為啟動(dòng)公司的第一個(gè)產(chǎn)品。Z80 由Federico Faggin于 1974 年底構(gòu)思，并于 1975 年初由他和他的 11 名員工開發(fā)。第一個(gè)工作樣品于 1976 年 3 月交付，并于 1976 年 7 月正式投放市場。通過Z80該公司建立了自己的芯片工廠，并在接下來的兩年里發(fā)展到了超過一千名員工。

Zilog Z80 是Intel 8080的軟件兼容擴(kuò)展和增強(qiáng)，與8080一樣，主要針對嵌入式系統(tǒng)。盡管用于嵌入式系統(tǒng)，Z80 還是從 1970 年代到 1980 年代中期成為臺(tái)式計(jì)算機(jī)和家用計(jì)算機(jī)中使用最廣泛的CPU之一。它在軍事應(yīng)用、音樂設(shè)備如合成器（如Roland Jupiter-8）以及1970 年代末和 80 年代初的投幣式街機(jī)游戲（包括吃豆人）中也很常見。

Zilog Z80 CPU（1976年）

Zilog 也將 Z80 授權(quán)給了美國的Synertek和Mostek，后者幫助他們進(jìn)行了初始生產(chǎn)，以及歐洲的第二來源制造商SGS。該設(shè)計(jì)還被幾家日本、東歐和蘇聯(lián)制造商復(fù)制。由于像NEC、東芝、夏普和日立這樣的大公司開始制造該設(shè)備（或他們自己的 Z80 兼容克隆或設(shè)計(jì)），讓z80在世界市場上贏得了認(rèn)可。

近幾十年來，Zilog 重新關(guān)注不斷增長的嵌入式系統(tǒng)市場，最新的 Z80 兼容微控制器系列、具有線性16 MB地址范圍的全流水線 24 位 eZ80與更簡單的 Z80 和Z180一起成功推出各自產(chǎn)品。

80 年代的星空

Z80 誕生于物理學(xué)家和工程師Federico Faggin，F(xiàn)ederico Faggin于 1974 年底離開英特爾，與Ralph Ungermann 一起創(chuàng)立Zilog 。在飛兆半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor International， Inc.是一家位于加利福尼亞州圣何塞的美國半導(dǎo)體公司。成立于 1957 年，作為Fairchild Camera and Instrument 的一個(gè)部門，它成為晶體管和集成電路制造領(lǐng)域的先驅(qū)。斯倫貝謝于 1979 年收購了該公司，并于 1987 年將其出售給美國國家半導(dǎo)體公司；Fairchild于1997 年再次分拆為獨(dú)立公司。

2016 年9 月，F(xiàn)airchild 被安森美半導(dǎo)體收購。）和后來的英特爾，F(xiàn)aggin 一直致力于基本晶體管和半導(dǎo)體制造技術(shù)。他還開發(fā)了用于英特爾存儲(chǔ)器和微處理器的基本設(shè)計(jì)方法，并領(lǐng)導(dǎo)了英特爾 4004、8080和其他幾款 IC 的工作。

志摩正敏（Masatoshi Shima 是日本電子工程師。他參與了微處理器的英特爾4004的研制。1968年，Shima就職于日本Busicom，為專用CPU進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)化為三片定制芯片。1969年，他與英特爾的Ted Hoff和Stanley Mazor合作，減少了三芯片Busicom建議進(jìn)入單芯片架構(gòu)。1970年，該建議被改造成硅芯片中。后來他于1972年加入英特爾。在那里，他與Faggin合作開發(fā)了英特爾8080，于1974年發(fā)布。Shima隨后開發(fā)了幾款英特爾外圍芯片，其中一些用于IBM PC，如8259 中斷控制器，8255 并口芯片，8253定時(shí)器芯片、8257 直接存儲(chǔ)器存取（DMA）芯片和8251 串行通信 USART芯片。

隨后，他加入了Zilog，在那里他與 Faggin 合作開發(fā)了Zilog Z80（1976 年）和Z8000（1979 年））也在隨后加入了 Zilog 團(tuán)隊(duì)。

Z80 VS Intel 8080

據(jù)設(shè)計(jì)者介紹，Z80 CPU（及其可選支持和外圍IC）的主要目標(biāo)是智能終端、高端打印機(jī)和高級收銀機(jī)等產(chǎn)品以及電信設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人和其他類型的自動(dòng)化產(chǎn)品、設(shè)備。

到 1976 年 3 月，Zilog 已為其客戶開發(fā)了 Z80 以及隨附的基于匯編器的開發(fā)系統(tǒng)，并于 1976 年 7 月正式投放市場。一些 Z80 支持和外圍 IC 此時(shí)也在開發(fā)中，其中許多是在第二年推出的。

1976 年 5 月的 Zilog Z-80 8 位微處理器廣告

早期的 Z80 由 Synertek 和 Mostek 制造，之后 Zilog 于 1976 年末擁有自己的制造工廠。之所以選擇這些公司，是因?yàn)樗麄兛梢赃M(jìn)行離子注入，以創(chuàng)建Z80 設(shè)計(jì)用作負(fù)載晶體管的耗盡型 MOSFET以應(yīng)對單個(gè) 5 伏電源。

采用耗盡負(fù)載nMOS的原始 Zilog Z80微處理器設(shè)計(jì)的照片?？傂酒叽鐬?3545×3350 μm。（這個(gè)實(shí)際的芯片制造于 1990 年。）

Federico Faggin設(shè)計(jì)了指令集是與Intel 8080二進(jìn)制兼容的 ，使得最8080碼，特別是CP / M 操作系統(tǒng)和Intel的PL / M編譯器8080（以及其生成的代碼），將在新的 Z80 CPU 上未經(jīng)修改地運(yùn)行。志摩正敏在少數(shù)工程師和布局人員的協(xié)助下設(shè)計(jì)了 Z80 CPU 的大部分微架構(gòu)以及柵極和晶體管級。CEO Federico Faggin 實(shí)際上參與了芯片布局工作，還有兩個(gè)專門的布局人員。根據(jù)Federico Faggin的說法，他每周工作 80 小時(shí)（多嗎？），以滿足投資者給的緊迫的日程安排。

CMOS Z80 四方封裝

雖然Z80是兼容8080的，但是Z80 在 8080 基礎(chǔ)上提供了許多改進(jìn)：

增強(qiáng)型指令集包括：

一個(gè)更合乎邏輯、更易于理解和可讀的匯編指令助記符系統(tǒng)

更靈活的 16 位數(shù)據(jù)移動(dòng)（加載或 LD）指令，關(guān)鍵包括堆棧指針 SP

更靈活的輸入/輸出尋址模式到外圍端口

所有寄存器和內(nèi)存的單位尋址，包括位測試

在累加器以外的存儲(chǔ)器和寄存器上移位/旋轉(zhuǎn)

改進(jìn)和更準(zhǔn)確（比以前的 8080）BCD算法

內(nèi)存中 BCD 數(shù)字串的旋轉(zhuǎn)指令

16 位減法和 8 位取反

程序循環(huán)

程序計(jì)數(shù)器相對跳轉(zhuǎn)

塊復(fù)制、塊輸入/輸出（I/O） 和字節(jié)搜索指令。

一個(gè)溢出標(biāo)志，更好地支持有符號(hào) 8 位和 16 位算術(shù)。

帶有直接基址+偏移尋址指令的新 IX 和 IY索引寄存器

更好的中斷系統(tǒng)：一種更自動(dòng)和通用的向量化中斷系統(tǒng)：模式 2，主要用于 Zilog 的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器系列、DMA 和通信控制器，以及固定向量中斷系統(tǒng)，模式 1，用于具有最少硬件的簡單系統(tǒng)（模式 0為8080 兼容模式）。

不可屏蔽中斷 （NMI），可用于響應(yīng)掉電情況或其他高優(yōu)先級事件（并允許簡約的 Z80 系統(tǒng)在模式 1 中輕松實(shí)現(xiàn)兩級中斷方案）。

一個(gè)完整重復(fù)的寄存器文件 ，其可以迅速地切換，以加快響應(yīng)于中斷，如快速異步事件處理程序或者多任務(wù) 調(diào)度器。盡管它們不打算用作通用代碼的額外寄存器，但它們在某些應(yīng)用程序中仍然以這種方式使用。

電源、時(shí)鐘生成以及內(nèi)存和 I/O 接口所需的硬件更少

單個(gè) 5 伏電源（8080 需要 -5 V/+5 V/+12 V）。

單相 5 伏時(shí)鐘（8080 需要高振幅（9 到 12 伏）非重疊兩相時(shí)鐘）。

除非使用更昂貴且密度更低（但速度更快）的 SRAM，否則將需要外部電路的內(nèi)置DRAM 刷新。

非多路復(fù)用總線（8080 將狀態(tài)信號(hào)多路復(fù)用到數(shù)據(jù)總線上）。

一個(gè)特殊的復(fù)位功能，它只清除程序計(jì)數(shù)器，以便單個(gè) Z80 CPU 可以用于開發(fā)系統(tǒng)，如在線仿真器。

Z80在處理器市場上取代了 8080 及其后代8085 ，成為最受歡迎的 8 位 CPU 之一。一些組織，例如英國電信，由于對 8085 及其片上串行接口和中斷架構(gòu)的熟悉，仍然忠于用于嵌入式應(yīng)用的 8085。英特爾生產(chǎn)的低功耗 CMOS 8085 （80C85） 出現(xiàn)在電池供電的便攜式計(jì)算機(jī)中，例如1983 年 4 月由Kyocera（日本京瓷公司）設(shè)計(jì)的筆記本電腦，也由 Tandy 出售（作為TRS-80 Model 100、Olivetti 和 NEC 的各種變體）。然而，在接下來的幾年里，Z80 的 CMOS 版本（來自 Zilog 和日本制造商）也將主導(dǎo)這個(gè)市場。

或許 Z80 最初成功的關(guān)鍵是內(nèi)置 DRAM ，至少在CP/M和其他辦公和家用電腦等市場是這樣（大多數(shù) Z80嵌入式系統(tǒng)使用靜態(tài) RAM不需要刷新。），也可能是其簡約的兩級中斷系統(tǒng)，或者相反，它的通用多級菊花鏈中斷系統(tǒng)可用于服務(wù)多個(gè)Z80 IO芯片。允許使用更少的支持硬件和更簡單的電路板布局來構(gòu)建系統(tǒng)的所有功能。然而，其他人聲稱它的流行是由于與寄存器較少的 8 位 CPU 相比，復(fù)制寄存器允許快速上下文切換或更有效地處理諸如浮點(diǎn)數(shù)學(xué)之類的事情（Z80 可以在內(nèi)部保留幾個(gè)這樣的數(shù)字，使用 HL‘HL、DE’DE 和 BC‘BC 作為 32 位寄存器，避免在計(jì)算過程中必須從較慢的 RAM 訪問它們。）

對于最初的NMOS設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率上限從指標(biāo)性的 2.5 MHz依次增加 ，通過眾所周知的 4 MHz （Z80A），到 6 MHz（Z80B） 和 8 MHz （Z80H）。自 1980 年代后期以來，NMOS 版本已作為 10 MHz 芯片生產(chǎn)。CMOS版本的開發(fā)具有指定的頻率上限，范圍從 4 MHz 到 20 MHz。完全兼容的衍生產(chǎn)品HD64180 / Z180 和eZ80 目前分別指定可以跑到高達(dá) 33 MHz和 50 MHz。

兼容的組件

Zilog 為Z80 引入了許多外圍部件，它們都支持Z80 的中斷處理系統(tǒng)和I/O 地址空間。其中包括計(jì)數(shù)器/定時(shí)器通道 （CTC）、SIO（串行輸入輸出）、DMA（直接存儲(chǔ)器訪問）、PIO（并行輸入-輸出）和 DART（雙異步接收器發(fā)送器）。隨著產(chǎn)品線的發(fā)展，這些芯片的低功耗、高速CMOS版本被引入。

與 8080、8085 和 8086 處理器一樣，但與摩托羅拉 6800 和 MOS Technology 6502 等處理器不同的是，Z80 和 8080 具有單獨(dú)的控制線和 I/O 指令地址空間。雖然一些基于 Z80 的計(jì)算機(jī)（如Osborne 1）使用“摩托羅拉式”內(nèi)存映射輸入/輸出設(shè)備，但使用了通常 I/O 空間用于尋址與 Z80 兼容的眾多 Zilog 外圍芯片之一。Zilog I/O 芯片支持 Z80 的新模式 2 中斷，它簡化了大量外設(shè)的中斷處理。

電腦和游戲的革命

在 1970 年代末和 1980 年代初，Z80 被用于大量山寨的具有CP/M操作系統(tǒng)的面向商業(yè)的機(jī)器，這種組合在當(dāng)時(shí)占據(jù)了市場主導(dǎo)地位。運(yùn)行 CP/M 的 Z80 商用計(jì)算機(jī)的四個(gè)著名示例是Heathkit H89、便攜式Osborne 1、Kaypro系列和Epson QX-10。鮮為人知的是昂貴的高端Otrona Attache一些系統(tǒng)使用多任務(wù)操作系統(tǒng)軟件（如MP/M或Morrow的 Micronix）在多個(gè)處理器之間共享一個(gè)處理器。

Z80同時(shí)作為擴(kuò)展卡引入了家用計(jì)算機(jī)，它們使用 Z80 作為主處理器或作為插件選項(xiàng)，以方便訪問為 Z80 編寫的軟件。值得注意的是TRS-80系列，包括配備 Z80 作為主處理器的原始型號(hào)（后來改名為“Model I”）、Model II、Model III和Model 4，以及一些（但不是全部）其他型號(hào)使用 Z80 作為主處理器或輔助處理器的 TRS-80 型號(hào)。其他值得注意的機(jī)器是DEC Rainbow 100和Seequa Chameleon，兩者都采用英特爾 8088和 Z80 CPU，以支持在 Z80 上運(yùn)行的 8 位 CP/M-80 應(yīng)用程序，或與在 8088 上運(yùn)行不完全兼容的自定義 MS-DOS的PC DOS應(yīng)用程序 。

1981 年，Multitech（后來成為Acer）推出了Microprofessor I，這是一種用于 Z80 微處理器的簡單且廉價(jià)的培訓(xùn)系統(tǒng)。目前，它仍然由位于英國南安普敦的 Flite Electronics International Limited 制造和銷售。

甲辛克萊 ZX光譜，其中使用的Z80主頻為3.5兆赫

便攜式和掌上電腦

隨著處理器的 CMOS 版本的出現(xiàn)，Z80 在更輕的電池供電設(shè)備中的使用變得更加普遍。它還啟發(fā)了其他基于 CMOS 的處理器的開發(fā)，例如夏普的 LH5801（數(shù)據(jù)手冊：http://www.pc-1500.info/Data/Service_Manuals/PC-1500_Technical_Reference_Manual.pdf）。

在夏普PC-1500（一個(gè)BASIC -可編程袖珍計(jì)算機(jī)）于1981年發(fā)布，采用改良Z80的夏普PC-1600（1986年）和夏普PC-E220（1991年）及夏普精靈系列也陸續(xù)發(fā)布了。隨后在 1984 年推出了Epson PX-8 Geneva，并在 1985 年推出了愛普生 PX-4和Bondwell-2，他們是可以像臺(tái)式機(jī)一樣運(yùn)行 CP/M 操作系統(tǒng)的筆記本電腦。雖然隨后幾年的筆記本電腦市場轉(zhuǎn)向了更強(qiáng)大的英特爾 8086處理器和 MS-DOS 操作系統(tǒng)，但仍在引入具有更長電池壽命的基于 Z80 的輕量級系統(tǒng)，例如1988 年的Cambridge Z88和1992 年的Amstrad NC100 。Z80 衍生的Z8S180也進(jìn)入了早期的筆式個(gè)人數(shù)字助理，1993 年的Amstrad PenPad PDA600（PDA熟悉不?。?/p>

總部位于香港的VTech生產(chǎn)了一系列基于 Z80 的名為“Lasers”的小型筆記本電腦。最后兩個(gè)是激光 PC5和 PC6，該CIDCO MailStation Mivo 100，于1999年首次發(fā)布，是一個(gè)獨(dú)立的便攜式電子郵件設(shè)備，具有基于Z80的微控制器。德州儀器 （TI） 使用圍繞 Z80 內(nèi)核構(gòu)建的東芝處理器生產(chǎn)了一系列袖珍處理器（結(jié)束于 2000 年）；其中第一個(gè)是 TI PS-6200 ，經(jīng)過幾十個(gè)型號(hào)的長時(shí)間生產(chǎn)運(yùn)行，最終形成了他們的 PocketMate 系列。

基于 Z80 的PABX。Z80 是從左數(shù)第三個(gè)芯片，在芯片的右側(cè)，上面有手寫的白色標(biāo)簽

嵌入式系統(tǒng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品

Zilog Z80 長期以來一直是嵌入式系統(tǒng)和微控制器內(nèi)核中的流行微處理器（最初的定位），直到今天仍然廣泛使用。Z80 的應(yīng)用包括消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品和電子樂器。例如，Z80 用于開創(chuàng)性的音樂合成器Prophet-5，以及第一個(gè) MIDI 合成器Prophet 600?？ㄎ鳉W在其PV-1000視頻游戲機(jī)中使用了 Z80A 。

Z80A 被用作許多游戲機(jī)的 CPU，例如ColecoVision

許多 1980 年代早期的街機(jī)視頻游戲，包括街機(jī)游戲《吃豆人》，都包含 Z80 CPU。

Z80 用于世嘉的Sega Master System和Sega Game Gear游戲機(jī)，具有自己的8 KB的RAM，它作為輔助主CPU MC68000，具有與系統(tǒng)的聲音芯片和I / O（控制器）端口，并且具有交換數(shù)據(jù)路徑與68000 的主內(nèi)存總線（提供對 64 KB 主 RAM、軟件盒和整個(gè)視頻芯片的訪問）；除了提供與 Master System 游戲的向后兼容性外，Z80 還經(jīng)常用于控制 Genesis 軟件中的音頻。

Z80的CPU也被德州儀器用來制作在開創(chuàng)性和流行方面的TI-8系列圖形計(jì)算器，TI-81系列圖形計(jì)算器從1990年開始，其特點(diǎn)是Z80主頻為2兆赫。該系列中的大多數(shù)為高端計(jì)算器，從TI-82和TI-85 開始，其 Z80 CPU 的時(shí)鐘頻率變?yōu)?6 MHz 或更高。（一些帶有 TI-8x 名稱的型號(hào)使用其他 CPU，例如 M68000，但絕大多數(shù)是基于 Z80 的。在這些型號(hào)上，可以以 Z80 機(jī)器語言代碼的形式運(yùn)行組裝或編譯的用戶程序。）。2004 年推出的TI-84 Plus 系列，截至 2020 年仍在生產(chǎn)。TI-84 Plus CE 系列于 2015 年推出，使用 Z80 衍生的Zilog eZ80處理器，截至 2020 年仍在生產(chǎn)中。

1980 年代后期，一系列名為“AON”的蘇聯(lián)固定電話采用了 Z80；這些電話通過來電顯示、基于來電者的不同鈴聲、快速撥號(hào)等擴(kuò)展了固定電話的功能集。在 90 年代后半期，這些手機(jī)的制造商轉(zhuǎn)而使用兼容 8051 的 MCU，以降低功耗并防止過熱。

克隆及衍生品

Z80 CPU之所以在世界范圍內(nèi)廣受歡迎主要原因是其衍生體及克隆版本特別多，下面介紹一些Z80克隆及衍生品。

Mostek 為 Zilog 生產(chǎn)了第一個(gè) Z80，克隆生產(chǎn)了 MK3880 。SGS-Thomson（現(xiàn)在是STMicroelectronics）也克隆生產(chǎn)了他們的 Z8400。Sharp 和NEC 分別克隆生產(chǎn)了 NMOS Z80、LH0080（用于夏普等日本廠商生產(chǎn)的各種家用電腦和個(gè)人電腦，包括索尼 MSX電腦，以及夏普MZ系列的多款電腦） 和μPD780C。

東芝制造了 CMOS 版本的 TMPZ84C00，這是與 Zilog 用于其自己的 CMOS Z84C00 的設(shè)計(jì)相同。還有GoldStar（現(xiàn)LG）生產(chǎn)的Z80芯片和ROHM Electronics生產(chǎn)的NMOS和CMOS中的Z80克隆體BU18400系列（包括DMA、PIO、CTC、DART和SIO）。

在東德，生產(chǎn)了未經(jīng)許可的復(fù)制品 ，稱為U880。它非常流行，被用于Robotron和 VEB Mikroelektronik Mühlhausen 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（如KC85系列）以及許多自制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在羅馬尼亞，可以找到另一個(gè)未經(jīng)許可的克隆體，名為MMN80CPU，由Microelectronica生產(chǎn)，用于 TIM-S、HC、COBRA 等家用計(jì)算機(jī)。

此外，蘇聯(lián)還制造了 Z80 的幾個(gè)克隆版本-T34BM1（用于預(yù)生產(chǎn)系列），也稱為КР1858ВМ1（與蘇聯(lián) 8080 克隆版本KR580VM80A（用于更大的生產(chǎn)） 相似）。盡管如此，由于 1980 年代后期蘇聯(lián)微電子的崩潰，T34BM1 的數(shù)量比 КР1858ВМ1 多得多。

日立開發(fā)了HD64180，這是一種采用 CMOS 微編碼和部分動(dòng)態(tài)的 Z80，帶有片上外圍設(shè)備和一個(gè)提供 1 MB地址空間的簡單 MMU 。后來由 Zilog 第二次采購，最初為 Z64180，然后以略微修改的Z180 的形式提供，其總線協(xié)議和時(shí)序更適合 Z80 外圍芯片。Z180 一直以 Zilog 的名義進(jìn)行維護(hù)和進(jìn)一步開發(fā)，最新版本基于完全靜態(tài)的 S180/L180 內(nèi)核，具有極低的功耗和 EMI（噪聲）。

東芝開發(fā)了84針Z84013/Z84C13和100針Z84015/Z84C15系列的“智能外設(shè)控制器”，基本上是普通的NMOS和CMOS Z80內(nèi)核與Z80外設(shè)、看門狗定時(shí)器、上電復(fù)位、等待狀態(tài)發(fā)生器在同一芯片上。由夏普和東芝制造。這些產(chǎn)品如今由 Zilog 提供第二來源。1994 年推出的 32 位 Z80 兼容 Zilog Z380主要用于電信設(shè)備。

Zilog 的全流水線 Z80 兼容eZ80 具有8/16/24位字長和線性 16 MB 地址空間于 2001 年推出。它帶有片上SRAM或閃存以及集成外設(shè)的版本中。 一種變體具有片上MAC（媒體訪問控制器），可用軟件訪問TCP/IP 堆棧。與 Z800 和 Z280 相比，僅增加了少量指令（主要是LEA、PEA和可變地址 16/24 位加載），但指令的執(zhí)行效率是原始 Z80 的時(shí)鐘周期效率的 2 到 11 倍（平均值約為 3-5 倍）。它目前指定用于高達(dá) 50 MHz 的時(shí)鐘頻率。

川崎（日本上市的跨國）開發(fā)了二進(jìn)制兼容的 KL5C8400，其時(shí)鐘周期效率約為原始 Z80 的 1.2-1.3 倍，時(shí)鐘頻率最高可達(dá) 33 MHz。Kawasaki 還生產(chǎn) KL5C80A1x 系列，它具有外圍設(shè)備以及片上小 RAM；它的時(shí)鐘周期效率大約與 eZ80 一樣，并且時(shí)鐘頻率最高可達(dá) 10 MHz （2006）。

NEC μPD9002 是一款兼容 Z80 和x86系列的混合 CPU 。

中國炬力的音頻處理器系列芯片（ATJ2085 等）包含一個(gè) Z80 兼容MCU和一個(gè) 24 位專用 DSP 處理器。這些芯片用于許多 MP3 和媒體播放器產(chǎn)品。

T80 （VHDL） 和 TV80 （Verilog） 可綜合軟核可從 OpenCores.org 獲得。

1980 年宣布的 National Semiconductor NSC800 被用于許多 TeleSecurity Timmann （TST） 電子密碼機(jī)和佳能 X-07。NSC 800 與 Z-80 指令集完全兼容。NSC800 使用多路復(fù)用總線（8085上使用），但與 Z80 具有不同的引腳排列。

不兼容

東芝TLCS 900系列高體積（主要是OTP）的微控制器是基于Z80; 它們共享相同的基本 BC、DE、HL、IX、IY 寄存器結(jié)構(gòu)，以及基本相同的指令，但不是二進(jìn)制兼容的，而之前的 TLCS 90 與 Z80 兼容。

NEC 78K系列微控制器是基于Z80; 它們共享相同的基本 BC、DE、HL 寄存器結(jié)構(gòu)，并具有相似（但名稱不同）的指令；不兼容二進(jìn)制。

部分兼容

Rabbit Semiconductor的Rabbit 2000/3000/4000微處理器/微控制器基于HD64180 / Z180架構(gòu)，盡管它們不完全兼容二進(jìn)制。

Zilog 的 NMOS Z800和 CMOS Z280是 16 位 Z80 實(shí)現(xiàn)（在HD64180 / Z180之前），具有 16 MB 分頁 MMU 地址空間；他們?yōu)?Z80 指令集添加了許多正交化和尋址模式。小型機(jī)的特性——例如用戶和系統(tǒng)模式、多處理器支持、片上 MMU、片上指令和數(shù)據(jù)緩存等——被視為更復(fù)雜，而不是對（通常面向電子的）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的功能和支持，這也使得預(yù)測指令執(zhí)行時(shí)間變得非常困難。

某些街機(jī)游戲如Pang / Buster Bros使用由VLSI Technology制造的加密“歌舞伎”Z80 CPU ，其中解密密鑰存儲(chǔ)在其內(nèi)部電池后備內(nèi)存中，以避免盜版和非法盜版游戲。

Z80軟件部分說明

寄存器

與 8080 一樣，8 位寄存器通常配對以提供 16 位版本。與8080 兼容寄存器是：

AF： 8 位累加器（A） 和標(biāo)志位 （F） 進(jìn)位、零、減號(hào)、奇偶校驗(yàn)/溢出、半進(jìn)位（用于BCD）和一個(gè)加/減標(biāo)志（通常稱為 N）也用于 BCD

BC： 16 位數(shù)據(jù)/地址寄存器或兩個(gè) 8 位寄存器

DE： 16 位數(shù)據(jù)/地址寄存器或兩個(gè) 8 位寄存器

HL： 16 位累加器/地址寄存器或兩個(gè) 8 位寄存器

SP：堆棧指針，16 位

PC： 程序計(jì)數(shù)器，16 位

Z80 引入的新寄存器是：

IX： 8 位立即數(shù)偏移的 16 位索引或基址寄存器

IY： 8 位立即數(shù)偏移的 16 位索引或基址寄存器

I：中斷向量基址寄存器，8位

R：DRAM 刷新計(jì)數(shù)器，8 位（msb不計(jì)數(shù)）

AF’：交替（或陰影）累加器和標(biāo)志（用 EX AF，AF‘ 切換進(jìn)出）

BC’，DE‘和HL’： 替代（或影子）寄存器（用 EXX 切換進(jìn)出）

四位中斷狀態(tài)和中斷模式狀態(tài)

Z80 匯編語言

第一個(gè) Intel 8008匯編語言基于從 Datapoint 2200 設(shè)計(jì)繼承的非常簡單（但系統(tǒng)）的語法。這種原始語法后來被轉(zhuǎn)換成一種新的、更傳統(tǒng)的匯編語言形式，用于同樣的原始 8008 芯片。大約在同一時(shí)間，新的匯編語言也得到了擴(kuò)展，以適應(yīng)更先進(jìn)的 Intel 8080 芯片中的額外尋址模式（8008 和 8080 共享一個(gè)語言子集，但不兼容二進(jìn)制；然而，8008 與 Datapoint 二進(jìn)制兼容2200）。

匯編指令對比如下：

匯編示例代碼

以下 Z80 匯編程序源代碼用于名為 HELLO_WORLD 的子例程。眾所周知，這是一個(gè)介紹性程序，它將向視頻顯示器打印一條消息，然后退出。雖然很簡單，但它演示了如何格式化匯編源代碼以及如何通過計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)與顯示硬件交互。

每條指令都按通常稱為機(jī)器周期（M 周期）的步驟執(zhí)行，每條指令可能需要三到六個(gè)時(shí)鐘周期（T 周期）。每個(gè) M 周期大致對應(yīng)于一次內(nèi)存訪問或內(nèi)部操作。許多指令實(shí)際上在下一條指令的 M1 期間結(jié)束，這被稱為提取/執(zhí)行重疊。

責(zé)任編輯：haq