imported>Laserjones: /* Verwendung */

2025-09-09T21:49:20Z

Verwendung

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[[Datei:Zilog Z80.jpg|mini|Z80-CPU der ersten Stunde im weißen Keramik-Gehäuse]]
[[Datei:Zilog Z8400APS.jpg|mini|Zilog Z80 im 40-poligen [[Dual in-line package|DIP]]]]

Der '''Zilog Z80''' ist ein [[Mikroprozessor]] mit [[8-Bit-Architektur]], der vom Unternehmen [[Zilog]] entwickelt wurde und seit 1976 vertrieben wird. In [[Complementary metal-oxide-semiconductor|CMOS]]-Technik war der Z80 bis Juni 2024 lieferbar.<ref>https://www.mouser.com/PCN/Littelfuse_PCN_Z84C00.pdf</ref>

Er entstand kurz nachdem [[Federico Faggin]] das Unternehmen [[Intel]] verlassen und sein eigenes Unternehmen Zilog gegründet hatte. Bei Intel hatte er am [[Intel 8080|8080]]-Mikroprozessor gearbeitet.

Im März 1976 wurde der Z80 auf den Markt gebracht.<ref>Bernd Leitenberger: [https://www.bernd-leitenberger.de/z80.shtml ''Intels Niederlage: Der Z80''] bernd-leitenberger.de, abgerufen am 15. Mai 2019.</ref> Er wurde unter der Maßgabe entwickelt, binär [[Kompatibilität (Technik)|kompatibel]] zum Intel 8080 zu sein. Dadurch liefen die meisten für den 8080 entwickelten Programme ohne Änderungen auf dem Z80, insbesondere das [[CP/M]]-[[Betriebssystem]].

== Unterschiede zum Intel 8080 ==
[[Datei:Z80 arch.svg|mini|hochkant=1.8|Architektur des Z80]]

Gegenüber dem [[Intel 8080]] hat der Z80 mehrere Vorteile: Eine einzige 5-Volt-Versorgungsspannung statt +5 V/−5 V/+12 V beim 8080, eine eingebaute [[Dynamic Random Access Memory#Refresh|Refresh]]-Steuerung für den dynamischen RAM (die ansonsten extern realisiert werden musste), die ausgefeilte [[Z80 Interrupt-Logik|Z80-Interrupt-Logik]], Blockkopier- und Vergleichsbefehle, Block-IO-Operationen und 16-bit-[[Register (Prozessor)|Register]] (IX und IY) mit [[Adressierung (Rechnerarchitektur)#Indizierte und relative Adressierung|indizierter Adressierung]], weitere 16-bit-Arithmetikbefehle (ADC, SBC), weitere Bit- und Verschiebebefehle, schnellere Ausführungszeiten (einfache Befehle dauern vier statt fünf Takte), einen doppelten Registersatz und einen niedrigeren Preis.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.computermuseum-muenchen.de/dictionary/history/cpm.html |text=''... über CP/M'' |wayback=20190124102304}} Computermuseum München, abgerufen am 15. Mai 2019.</ref>

Außerdem wurden die Befehlskürzel, die sogenannten [[Assemblersprache#Beschreibung|Mnemonics]], der [[Assemblersprache]] vereinfacht. Ihre Anzahl wurde erheblich reduziert, so gibt es beim Z80 nur noch die Mnemonic <code>LD</code> statt <code>MOV</code>, <code>STAX</code>, <code>LDAX</code>, <code>MVI</code>, <code>LDA</code>, <code>STA</code>, <code>LXI</code>, <code>LHDD</code>, <code>SHLD</code> und <code>SPHL</code> für Ladebefehle; nur noch <code>ADD</code> statt <code>ADD</code>, <code>ADI</code> und <code>DAD</code> für Additionsbefehle. Als Nebeneffekt dieser Konvention hielt sich die Anzahl der Mnemonics für die vielen neuen Befehle in Grenzen.

Dies erforderte keine Änderung der Technik des Prozessors selbst, sondern der neue Befehlssatz war nur eine Frage der Konvention; die [[Assembler (Informatik)|Assembler]] für den Z80 erzeugen aus den neuen Mnemonics den gleichen [[Maschinensprache|Maschinencode]] wie die 8080-Assembler aus den alten Mnemonics. Teilweise gab es Z80-Assembler, die teilweise oder vollständig beide Befehlssyntaxen unterstützten.

{| class="wikitable"
|+ 10 Befehlstoken des Intel 8080 wurden durch einen ersetzt, außerdem nutzen neue Befehle diesen
! rowspan="2" | Op-Code !! colspan="2" | Mnemonik !! rowspan="2" | Beschreibung
|-
! 8080 !! Z80
|-
| <code>78</code> || <code>MOV A,B</code><ref>Neben MOV A,B erzeugten MOV 7,0 bzw. MOV 7,B bzw. MOV A,0 den gleichen Code.<br>B, C, D, E, H, L, M/SP/PSW und A waren vordefinierte Konstanten mit Werten von 0 bis 7. Die Intelsche Mnemonic nutzte nur Mnemonics sowie bis zu zwei numerische Konstanten, die in bestimmte Bitpositionen des Befehlswortes geschrieben wurden oder als zusätzliche Bytes an das Befehlswort angefügt wurden. Das ermögliche das Schreiben sehr einfacher Assembler-(Übersetzungs-)Programme, führte aber zu Assemblersprachen mit höherer Einstiegshürde.</ref> || <code>LD A,B</code> || kopiert das Register B ins Register A
|-
| <code>02</code> || <code>STAX B</code> || <code>LD (BC),A</code> || kopiert das Register A in die Speicherzelle, deren Adresse im Registerpaar BC steht
|-
| <code>0A</code> || <code>LDAX B</code> || <code>LD A,(BC)</code> || kopiert die Speicherzelle, deren Adresse im Registerpaar BC steht, ins Register A
|-
| <code>3E 12</code> || <code>MVI A,12h</code> || <code>LD A,12h</code> || lade Konstante 12h ins Register A
|-
| <code>32 34 12</code> || <code>STA 1234h</code> || <code>LD (1234h),A</code> || kopiert das Register A in die Speicherzelle 1234h
|-
| <code>3A 34 12</code> || <code>LDA 1234h</code> || <code>LD A,(1234h)</code> || kopiert den Inhalt der Speicherzelle 1234h ins Register A
|- style="white-space:nowrap;"
| <code>01 34 12</code> || <code>LXI B,1234h</code> || <code>LD BC,1234h</code> || lade Konstante 1234h ins Registerpaar BC
|- style="white-space:nowrap;"
| <code>2A 34 12</code> || <code>LHLD 1234h</code> || <code>LD HL,(1234h)</code>|| kopiert den Inhalt der Speicherzellen 1234h und 1235h ins Registerpaar HL
|-
| <code>22 34 12</code> || <code>SHLD 1234h</code> || <code>LD (1234h),HL</code>|| kopiert Registerpaar HL in die Speicherzellen 1234h und 1235h
|-
| <code>F9</code> || <code>SPHL</code> || <code>LD SP,HL</code> || kopiert Registerpaar HL ins Registerpaar SP
|}

== Erfolg ==
Der Z80 überflügelte rasch den 8080 und wurde der bisher am weitesten verbreitete 8-Bit-Hauptprozessor (''central processing unit'', CPU). Wenn man die absolute Größe des Marktes einbezieht, dann ist er der seither erfolgreichste Hauptprozessor überhaupt.

Zunächst wurde der Z80 von [[Mostek (Unternehmen)|Mostek]] für Zilog hergestellt, bis Zilog eigene Fabriken gebaut hatte. Daher hatte Mostek auch eine Lizenz, den Z80 unter der Bezeichnung „MK3880“ zu vermarkten. Später wurde der Z80 auch von anderen Halbleiterherstellern wie der [[NEC Corporation]] in Lizenz hergestellt. Spätere Versionen erlaubten eine höhere Taktrate als die ursprünglichen 2,5 [[Hertz (Einheit)|MHz]]. Der Z80A bot 4 MHz, der Z80B 6 MHz und der Z80H dann 8 MHz. Außerdem entstanden der stromsparende Z80L („L“ für ''low power'') sowie Varianten in als ''[[complementary metal-oxide-semiconductor]]'' (CMOS), die dann sogar bis 20 MHz betrieben werden konnten.

Weitere interessante Eigenschaften dieses Hauptprozessors liegen in zusätzlichen Befehlen, die nicht vom Hersteller dokumentiert wurden. Vor allem die Prefix-[[Opcode]]s für die IX- und IY-Register können auf praktisch alle Befehle angewandt werden, die sonst das HL-Registerpaar bzw. nur die Register H oder L betreffen. Somit ist es möglich, nur die obere bzw. untere Hälfte von IX bzw. IY als 8-Bit-Register zu verwenden.

Für den Aufbau von Mikrocomputern stehen neben den klassischen Intel-Peripheriebausteinen eine Reihe von Zilog-Peripheriebausteinen zur Verfügung, die speziell für den Z80 entwickelt wurden und mit den effektiven [[Interruptvektor]]en arbeiten können. Die wichtigsten der Z80-Familie sind der [[Z80 PIO]] ([[Parallele Datenübertragung|parallele]] [[Eingabe und Ausgabe]]), SIO ([[Serielle Datenübertragung|serielle]] Eingabe und Ausgabe), CTC (Zähler/Zeitgeber-Schaltkreis) und DMA (''[[Direct Memory Access|direct memory access]]'', Speicherdirektzugriff durch [[Peripheriegerät]]e). Später folgten platzsparende höher integrierte Bausteine, die neben seriellen und parallelen Schnittstellen auch Zähler/Zeitgeber und ''[[Programmable Interrupt Controller|programmable interrupt controller]]'' auf einem Chip boten, wie z. B. KIO, multifunktional wie sie noch in heutigen ''single-chip''-[[Mikrocontroller]]n Standard sind.

== Verwendung ==
[[Datei:Z84C0010FEC LQFP.png|mini|Z80-Prozessor aus den 2000er Jahren in [[Quad Flat Package|QFP]]-Form]]

Anfangs wurde der Z80 häufig in [[Arcade-Spiel]]en eingesetzt, so in ''[[Galaxian]]'' (1979) und ''[[Pac-Man]]'', aber auch der Mikrocomputer [[Intertec Superbrain]] nutzte den Prozessor. Der Z80 hat sich dabei bis Ende der 1980er Jahre als Spiele-Prozessor bewährt. Um gewünschte Effekte zu erzielen, setzten Automaten-Hersteller später auch bis zu drei Z80 parallel ein. Im Arcadespiel ''Noboranka'' von 1986 wurde die Darstellung zahlreicher [[Sprite (Computergrafik)|Sprites]] und Animationen durch die 20-MHz-Version eines Z80 ermöglicht. Bereits das [[Shoot ’em up]] ''[[Zaxxon]]'' von 1982, für das ein 3-MHz-Z80-Prozessor verwendet wurde, zeigte deutlich das Potenzial des Z80. Auch ''[[Mr. Do!]]'', das 1982, zwei Jahre nach ''Pac-Man'', erschien, glänzte bereits durch physikalische Effekte, unter der Verwendung eines 4,1-MHz-Z80.<ref>[https://www.mamedev.org/ Homepage.] In: ''mamedev.org,'' abgerufen am 15. November 2018 (Information Screens im MAME Emulator beim Start).</ref>

Bis 2004 nutzten ihn die [[Neo Geo|Neo-Geo]]-Automaten als [[Soundchip]]. [[E-mu Systems]] verwendete ihn bereits im Erscheinungsjahr in seinen [[Synthesizer]]n, nachdem Tests mit einem Intel 8080 gescheitert waren.<ref>{{Internetquelle |autor=Rob Keeble |url=http://www.soundonsound.com/sos/Sep02/articles/emuanniversary.asp?print=yes |titel=30 Years of Emu |werk=soundonsound.com |datum=2002-09 |sprache=en |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20120314023837/http://www.soundonsound.com/sos/Sep02/articles/emuanniversary.asp?print=yes |archiv-datum=2012-03-14 |abruf=2018-11-15}}</ref>

In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren wurde der Z80 in vielen neuentwickelten [[Heimcomputer]]n verwendet, zum Beispiel im Tandy [[TRS-80]], [[Nascom]], [[Video Genie]], [[Colour Genie]], [[PC-8801]]; in den Sharp-Computern [[Sharp MZ-80|MZ-80]]- und [[Sharp MZ-700|MZ-700]] und [[Sharp MZ-800|MZ-800]]; im [[Triumph Adler Alphatronic PC]]; im [[Amstrad CPC|Schneider/Amstrad CPC]]; dem [[Amstrad PCW|Schneider Joyce/Amstrad PCW]], bei den [[Sinclair ZX80]], [[Sinclair ZX81|ZX81]] und [[Sinclair ZX Spectrum|ZX Spectrum]], dem [[Commodore 128]] (als Zweitprozessor), in [[MSX]]-Computern und einer großen Anzahl von eher unbekannten, geschäftsorientierten CP/M-Maschinen, die den damaligen Markt dominierten wie heute die [[Windows]]-PCs. Der Hauptkonkurrent des Z80 im Heimcomputerbereich war der [[MOS Technology 6502]], dessen Varianten etwa im [[Apple II]], [[Commodore 64]] und [[Atari-Heimcomputer]]n zu finden waren.

Viele Apple-II-Computer wurden mittels einer Erweiterungskarte mit einem Z80-Prozessor ausgerüstet, um so CP/M benutzen zu können. Da diese Z80-Karten in großen Mengen kopiert und mit unlizenzierten CP/M-Kopien betrieben wurden, liegen keine genauen Zahlen über ihre Verbreitung vor. Es dürfte sich aber bei dieser Kombination um eines der häufigsten CP/M-Systeme handeln. Auch der [[Basis 108]], ein Hybridcomputer und weitgehender Nachbau der Apple-II-Architektur, enthielt neben dem Apple-typischen 6502 einen Z80 und konnte neben Apple-Software auch Programme unter dem Betriebssystem CP/M nutzen, beispielsweise die damals populäre Textverarbeitung [[WordStar]].

Später wurde der Prozessor auch in [[Texas Instruments|Texas-Instruments]]-Taschenrechnern (selbst heute noch im [[TI-83 Plus]] und [[TI-84 Plus]]), in SNKs [[Neo Geo]] als Sound-Koprozessor und [[Sega]]s Spielkonsolen [[Sega Master System|Master System]] und [[Game Gear]] verwendet; der [[Sega Mega Drive]] nutzte ihn als Coprozessor für die Audioausgabe. [[Nintendo]]s Spielkonsole [[Game Boy]] benutzte einen Z80-[[Klon (Informationstechnik)|Klon]] (DMG-CPU), der von [[Sharp]] hergestellt wurde. Er hat einen leicht abgewandelten Befehlssatz.

Der Z80 wurde auch bei [[Eingebettetes System|eingebetteten Systemen]] beliebt und ist dort heute noch weit verbreitet, beispielsweise arbeitet in [[Toshiba]]s Mikrocontroller-Familien TLCS-90 und TLCS-870 ein Z80-Kern in vielfältigsten Kombinationen von Speicher- und Peripherieausstattungen. Auch in dem von 1986 bis 1989 in der [[Deutsche Demokratische Republik|Deutschen Demokratischen Republik]] vom VEB Automatisierungsanlagen Cottbus hergestellten Hybridsynthesizer [[Tiracon 6V]] diente der Z80 zur digitalen Steuerung der analogen Klangerzeuger-Hardware.

Nach dem Aufkommen leistungsfähigerer 16-bit-Prozessoren wurde die große Menge an bestehender 8-Bit-Software (hauptsächlich unter [[CP/M]]) mit Hilfe von Software-[[Emulator]]en weiterhin nutzbar gehalten.

Auch im Jahr 2022 wird der Z80 an einigen Universitäten neben anderen 8-Bit-CPUs wie dem 8080 oder dem 6502 häufig als Modell einer CPU genutzt. An der [[Technische Universität Wien|Technischen Universität Wien]] wird er im Fach „Digitale Systeme“ als MC8 (Modellcomputer-8) vorgestellt, wobei der Befehlssatz vereinfacht wurde, eigene Assembler-Mnemonics definiert wurden und gewisse Register, Adressierungsarten und spezielle Funktionen der CPU nicht genutzt werden, um den Lernaufwand zu senken.

Im April 2024 wurde bekanntgegeben, dass die Produktion des Z80 nach 48 Jahren eingestellt wird.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.golem.de/sonstiges/zustimmung/auswahl.html?from=https%3A%2F%2Fwww.golem.de%2Fnews%2F8-bit-prozessor-der-legendaere-zilog-z80-wird-eingestellt-2404-184383.html |titel=Golem.de: IT-News für Profis |abruf=2024-04-22}}</ref>

== Versionen ==
[[Datei:KL KME U880D.jpg|mini|Erste Serie der U880-CPU aus dem Funkwerk Erfurt]]
[[Datei:MME 80A-CPU die.JPG|mini|[[Die (Halbleitertechnik)|Die]] eines U880 (MME 80A-CPU, MME9201)]]
[[Datei:KL USSR T34BM1 Z80 Black Background.jpg|mini|T34BM1 im weißen Keramik-Gehäuse aus der Sowjetunion]]
[[Datei:KL NEC uPD780C.jpg|mini|[[NEC Corporation|NEC]] µPD780C, NEC-Version eines Z80]]

=== NMOS-Serie ===
* „Z80 CPU“ (erste Serie hatte keine Nummer, 2,5 MHz)
* Z8400 („Z80 CPU“, 2,5 MHz)
* Z8400A („Z80A CPU“, 4 MHz)
* Z8400B („Z80B CPU“, 6 MHz)
* Z8400H („Z80H CPU“, 8 MHz)
* Z0840004 (4 MHz)
* Z0840006 (6 MHz)
* Z0840008 (8 MHz)

=== CMOS-Serie ===
* Z84C0004 (4 MHz)
* Z84C0006 (6 MHz)
* Z84C0008 (8 MHz)
* Z84C0010 (10 MHz)
* Z84C0020 (20 MHz)
* Z84C00-4PS (4 MHz)

=== Nachbauten ===
In der DDR wurde aufgrund eines Handelsembargos ein nichtlizenzierter Nachbau des Z80 unter dem Namen [[KME U880|U880]] entwickelt. Er war dort der dominierende Prozessor in einer größeren Anzahl von kommerziellen Computern ([[PC 1715|PC 1715]], [[A 5120]], MC-80), Bildungsrechnern (KC 85-1/87, [[Kleincomputer KC 85/2-4|KC-85/2-4]], [[Bildungscomputer robotron A 5105|BIC A-5105]], [[LC80|LC-80]]), Selbstbaurechnern ([[Robotron Z 1013|Z-1013]]) bis hin zu Nachbauten von Z80-basierten Rechnern (ZX81, ZX Spectrum). Taktfrequenzen lagen zwischen 1 MHz und knapp 4 MHz.

In der [[Sowjetunion]] wurden ebenfalls nichtlizenzierte Nachbauten unter den Bezeichnungen T34WM1 und KR1858WM1 ({{ruS|Т34ВМ1}} und {{lang|ru|КР1858ВМ1}}) von verschiedenen Fabriken (u. a. „Elektronika“, „Integral“, „Angstrem“, „Transistor“) bis weit in die 1990er Jahre hergestellt. Es sind Nachbauten mit Datecodes von 1996 bekannt.

== Nachfolgetypen ==
* [[Zilog Z180|Z180]]: Ab 1985 stellte [[Hitachi (Unternehmen)|Hitachi]] unter der Bezeichnung HD64180 einen Mikrocontroller vor, der vor allem wegen der Integration zahlreicher Peripheriebausteine sehr erfolgreich war. Später fertigte auch Zilog den Chip als Z180.
* [[Toshiba]] vereinte den Z80-Prozessor mit seinen Peripheriebausteinen CTC, SIO und PIO, zusammen mit einer Oszillator- und Watchdog-Funktion in einem 100-Pin-Gehäuse als TMPZ84C015. Das Bauteil wird bis heute gefertigt, mit Zilog als Zweithersteller, Bezeichnung Z84C15.

Von Zilog folgten noch:
* Zilog Z84C01 Z80-Code kompatible CPU, jedoch andere Anschlussbelegung, interner Taktgenerator und Steuerung des HALT-Verhaltens
* [[Zilog Z280|Z280]] 16 bit + MMU (16 [[Binärpräfix|MiB]] Adressraum) + 256 Byte Cache
* [[Zilog Z380|Z380]] 16 bit mit 32-bit-Registern (bis zu 4 GiB Adressraum) und vier Pipelines

Aktuell werden verkauft:
* [[Zilog eZ80|eZ80]] 50 MHz
* [[Zilog eZ80|eZ80Acclaim!]] Interner Flash und RAM
* [[Zilog eZ80|eZ80AcclaimPlus!]] On-chip 10/100 Mbit/s [[Ethernet]] MAC

Weitere, nicht Z80-kompatible CPU-Typen von Zilog:
* [[Zilog Z8|Z8]] (8 bit)
* [[Zilog Z8000|Z8000]] (16 bit)
* [[Zilog Z80000|Z80000]] (32 bit)

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Rodnay Zaks
|Titel=Programmierung des Z80
|Auflage=7.
|Verlag=SYBEX Verlag
|Ort=Düsseldorf/Berkeley/Paris
|Datum=1985
|ISBN=3-88745-099-X
|Online=[http://www.msxarchive.nl/pub/msx/mirrors/msx2.com/zaks/index-nf.htm HTML (englisch) bei MSX Archive]; [http://www.z80.info/zaks.html PDF (englisch) bei z80.info]; [https://www.mathematik.uni-ulm.de/users/ag/yaze-ag/devel/Programmierung_des_Z80.pdf PDF (deutsch) bei der Universität Ulm]
|Originaltitel=Programming the Z80
|Originalsprache=en
|Originaljahr=1980
|Originalort=Düsseldorf/Berkeley/Paris
|Übersetzer=Bernd Ploss}}
* {{Literatur
|Autor=Austin Lesea, Rodnay Zaks
|Titel=Mikroprozessor-Interface-Techniken
|Auflage=3., überarbeitete Ausgabe, 4.
|Verlag=SYBEX-Verlag
|Ort=Düsseldorf, Berkeley, Paris
|Datum=1982
|ISBN=3-88745-012-4
|Online=[https://archive.org/details/MicroprocessorInterfacingTechniques_3rd_ed/ Online (englisch) bei The Archive]
|Originaltitel=Microprocessor Interfacing Techniques
|Originalsprache=en
|Originaljahr=1979
|Originalort=Düsseldorf/Berkeley/Paris
|Übersetzer=Bernd Pol}}

Beide Bücher gelten auch heute noch als Standardwerke im Bereich der Mikroprozessoren.

* Ramesh Gaonkar: ''The Z80 Microprocessor: Architecture, Interfacing, Programming, and Design.'' Macmillan Publ. Co. New York 1988, ISBN 0-675-20540-9.
* Eberhard Zehendner: ''Das Z80-Buch.'' Markt & Technik, Haar 1987, ISBN 3-89090-219-7.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Zilog Z80|Zilog Z80}}
* [http://datasheets.chipdb.org/Zilog/Z80/ Datenblätter]
* [http://www.z80.info/ Z80-Info] (englisch)
* [https://github.com/z88dk/z88dk/wiki Wiki des Z88DK] auf GitHub
* [http://www.mathematik.uni-ulm.de/users/ag/yaze-ag/ Yet Another Z80 Emulator by AG] – YAZE-AG: Z80 CPU-Emulator (englisch)
* [https://baltazarstudios.com/z80explorer/ Z80 Explorer]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4067242-6|LCCN=sh85149799}}

[[Kategorie:Mikroprozessor]]

Zilog Z80 - Versionsgeschichte

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