概述

设计特点

结构

结论

概述

1976年美国Zilog公司推出的微处理器（microprocessor）Z840004，Z840006和Z840008因其卓越的性能，强大的输入/出接口能力，快速的运算速度（Z840008时钟频率可达8MHz，同时期的其他产品如Intel的8085、Motorola的M6802等时钟频率为2~5MHz），品种多样的外设支持而迅速被业内人士关注。Zilog公司的这类微处理器通常被叫做Z80微处理器或Z80微机。

Z80微机的早期应用主要是将构成计算机系统的Z80微处理器，RAM，ROM和输入/出接口等电路都组合在一块PCB板卡上面，因此这时期的Z80微机系统也叫Z80单板机（SBC，Single Board computer）。

Z80单板机具有体积小，外设搭配灵活，运行可靠等特点，因此在以后的十几年时间里，Z80单板机被广泛的应用于PC机接口及扩展和各种工业、控制领域，尤其是在美国和日本得到了极大的发展。我国自上世纪80年代末引入，因为其所具有的第三代计算机的优良特点而迅速被市场所接受，小到家用电器，红白游戏机，大到工业采集系统，自动控制装置，电动机及传动等都有大量的使用和应用。各类大中型院校也开设了Z80微处理器的课程，Z80微处理器和Z80单板机的研究和应用在我国具有广泛的基础。

设计特点

Zilog公司对Z80微处理器的设计定位是：特殊应用标准产品，即：（ Application Specific Standard Parts）。它要求该微处理器既能象ASIC（Application Specific Integrated Circuit）那样尽可能利用硬件设计满足应用对象的各种特殊要求，又能通过软件代码手段来适应各种应用场面。

Z80微处理器使用了NMOS的大规模IC工艺，可以说是当时的Intel 8080的改进产品，为了达成上述设计思想，Z80单板机拥有很多支持的外设，而其支持的汇编指令也多达158条（Intel 8080只有72条），应用非常灵活。

因此，硬件的专门设计+软件的灵活设计构成Z80微处理器的最显著设计特点，也使之成为了80年代最成功的8位CPU之一。

结构

，16个地址端口，可以寻址64K的地址空间，支持三种中断；具体功能可以参见Z80的datasheet.（z80）

Z80微处理器的内部寄存器也较为特殊，有两套寄存器组：Main Register Set和Alternate Register Set，如图所示。其中Main Register Set完成正常寄存器寻址及运算功能，Alternate Register Set完成对Main Register Set的备份和替换，在实际软件编码中使用很灵活。

Z80的指令集多大158条，按照处理方式可以分成8位指令集和16位指令集；按照功能可以分成8大类；指令的长度一般为1-4字节，执行时间为4-23T，T为时钟周期。Z80寻址方式也很灵活，可以分成：直接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，立即寻址，相对寻址和变址寻址，其具体原理可以参见datasheet，这里不再赘述。

结论

虽然Z80微处理器的设计和结构特点已经具备了现代CPU的特点，但由于大规模集成IC工艺的出现，单片机（MCU）这种Soc（System on a Chip）系统的出现对Z80造成了很大的冲击，这表现在：

1.单片机的大规模集成工艺弥补了Z80单板机的工艺缺陷；

2.现代工业的高速性使Z80单板机走到了尽头；

3.单片机的高度外设集成使Z80单板机设计显得复杂；

4.程序设计的简洁性好和移植性高等特点注定Z80单板机要逐渐被取代；

尽管如此，上世纪80年代左右产生的Z80单板机也是非常优秀的一款微处理器，它在设计之初就已经融入了部分现代CPU的设计理念，并且作为嵌入式学习的一种选择，Z80单板机仍然还是有自己的一些特点：

1.学习Z80微处理器的硬件结构，寻址方式和指令集有助于理解嵌入式系统开发原理；尽管51，ARM（基于ARM指令集的硬件平台）硬件平台，DSP，AVR，MPS430，9S12，PowerPC等都是非常优秀的嵌入式硬件平台，但究其原理，Z80系统架构仍然是这些架构中的佼佼者，其简洁，灵活的特点是较为显著的；

2.搭建Z80系统可以更好的理解Soc的工作原理；当前主流的单片机或者Soc系统都采用了大规模集成工艺，对于大多数外设，如RAM，ROM，输入输出端口等都已经集成在了单片机内部，这样就构成了一个类似的“闭锁”系统，再加之C语言开发的特点，很多嵌入式的内部原理是无法深入了解的，而根据嵌入式的特点，只有了解了其内部时序和寄存器的特点（Z80无累加器，使用寄存器阵列的特点）才能开发出优秀的执行率高，误码率少的代码。