Intel 8080

Intel 8080 – jeden z pierwszych mikroprocesorów, wyprodukowany przez Intela w kwietniu 1974. Jest 8-bitowym mikroprocesorem wykonanym w technologii n-MOS, pracującym z częstotliwością taktowania 2 MHz. Jest on uniwersalną jednostką centralną złożoną z jednostki arytmetyczno-logicznej, rejestrów roboczych i układu sterowania. Dane i instrukcje są przesyłane do i z pamięci za pośrednictwem 8-bitowej szyny danych, pamięć jest adresowana 16-bitową szyną adresową.

Wyprodukowany w 1978 roku 16-bitowy procesor 8086, który jest protoplastą wszystkich stosowanych w komputerach zgodnych z PC, zawiera wszystkie instrukcje procesora 8080 (chociaż mają one inne kody maszynowe) i dlatego jest zgodny na poziomie programu źródłowego w kodzie asemblera z procesorem 8080. Początkowo układ sprzedawano w cenie 360 USD; cena ta – wraz z pojawianiem się na rynku wersji układu innych producentów – malała do poniżej 2 USD w roku 1991^[1]. Klon 8080 – MCY7880 był jedynym produkowanym w Polsce procesorem^[2].

Charakterystyka

słowo 8-bitowe
72 instrukcje
bezpośrednie adresowanie pamięci o pojemności do 64 KB
arytmetyka dwójkowa i dziesiętna kodowana dwójkowo (BCD)
8 rejestrów programowych dostępnych dla programisty
cykl pracy 2μs, wymuszany przez 2-fazowy zegar zewnętrzny
częstotliwość zegara 2-3 MHz (podstawowy cykl rozkazowy – 4 takty)
3 napięcia zasilające: +5V, +12V, -5V
ubogi zestaw trybów adresowania i nieuporządkowana lista rozkazów
konieczność stosowania dodatkowych układów: zegar i sterownik systemu

Schemat blokowy

Architektura procesora 8080

W strukturze mikroprocesora można wyróżnić cztery bloki funkcjonalne:

blok rejestrów wraz z układem wybierającym
jednostkę arytmetyczno-logiczną
układ sterowania z rejestrem rozkazów
dwukierunkowy, trójstanowy bufor szyny danych

Blok rejestrów z układem wybierającym

Blok rejestrów z układem wybierającym jest statyczną pamięcią z dostępem swobodnym (RAM), zorganizowaną w ten sposób, że tworzy następujące rejestry:

licznik rozkazów (PC) – 16-bitowy
wskaźnik stosu (SP) – 16-bitowy
sześć ośmiobitowych rejestrów uniwersalnych: B, C, D, E, H, L, które można łączyć w pary
rejestr pomocniczy składający się z dwóch ośmiobitowych rejestrów W oraz Z

Licznik rozkazów zawiera adresy wykonywanych instrukcji. Przy pobraniu każdego bajta z pamięci zewnętrznej i wchodzącego w skład instrukcji, zawartość licznika jest automatycznie zwiększana o 1. Stos śladów organizowany jest w pamięci zewnętrznej RAM. Wskaźnik tego stosu (SP) zawiera adres ostatnio zajętego miejsca na stosie. Sześć ośmiobitowych rejestrów uniwersalnych jest dostępnych dla programisty i można ich używać pojedynczo (jako rejestrów 8-bitowych) lub w parach, jako rejestrów 16-bitowych. W ten sposób można łączyć w pary rejestry B-C, D-E i H-L. Rejestr pomocniczy wytworzony z rejestrów W i Z nie jest dostępny dla programisty i wykorzystywany jest do operacji wewnętrznych.

Dane ośmiobitowe są wprowadzane do bloku rejestrów poprzez multiplekser. Między blokami rejestrów a rejestrem adresów i buforem adresów mogą zachodzić przesłania. Informacja szesnastobitowa może być zwiększona lub zmniejszona o 1, co zachodzi w układzie generacji następnika i poprzednika. Korzysta się z tego przy aktualizacji zawartości licznika rozkazów i wskaźnika stosu. Rejestr adresów jest połączony z trójstanowym buforem, który można wprowadzić w stan wysokiej impedancji, gdy wymagane jest odizolowanie mikroprocesora od pamięci zewnętrznej, tj. wtedy, gdy urządzenia zewnętrzne przesyłają dane bezpośrednio do pamięci z pominięciem jednostki centralnej (DMA).

Jednostka arytmetyczno-logiczna

Jednostka arytmetyczno-logiczna może wykonywać działania w arytmetyce dwójkowej, operując liczbami ośmiobitowymi, do realizacji arytmetyki dziesiętnej wprowadzono rozkazy korekcji po dodawaniu i odejmowaniu. Z jednostką ALU związany jest rejestr znaczników, którego zawartość tworzy warunki pracy przy wykonywaniu operacji arytmetycznych, logicznych i instrukcji warunkowych. Poszczególne bity tego rejestru służą do określenia:

zera na wyjściu sumatora
przeniesienia
znaku parzystości
przeniesienia połówkowego (kodu BCD)
znaku liczby dla liczb w kodzie uzupełnień do dwóch

Układ sterowania z rejestrem rozkazów

Rejestr rozkazów jest rejestrem ośmiobitowym, do którego na początku każdego cyklu rozkazowego jest przesyłany pierwszy bajt instrukcji (zawierający kod instrukcji) pobrany z zewnętrznej pamięci przez szynę danych D₀ ... D₇ i wewnętrzną szynę danych. Zawartość rejestru rozkazowego jest dostępna dla dekodera instrukcji, który generuje, wraz z układem sterującym sygnały sterujące dla wszystkich układów mikroprocesora. Do układów są doprowadzone końcówki ф1, ф2, READY, INT, RESET i HOLD, przez które wprowadza się dodatkowe informacje sterujące. Z układu sterowania jest wyprowadzonych na zewnątrz sześć wyjść identyfikujących stany i cykle mikroprocesora dla układów zewnętrznych. Są to INTE, HLDA, DBIN, SYNC, WR i WAIT.

Bufor szyny danych

Bufor szyny danych jest ośmiobitowym, dwukierunkowym rejestrem służącym do odizolowania wewnętrznej szyny danych od końcówek D₀ ... D₇ stanowiących zewnętrzną szynę danych. Lista rozkazów 8080 obejmuje:

przesłania między rejestrami procesora lub rejestrem a pamięcią zaadresowaną w jednym z trzech trybów (natychmiastowy, bezpośredni, zawartością pary rejestrów)
operacje arytmetyczne dodawania, odejmowania, porównywania wykonywane na ośmiobitowych liczbach dwójkowych, całkowitych bez znaku lub ze znakiem w kodzie U2, jednym z argumentów operacji jest zawartość akumulatora, drugim – zawartość rejestru roboczego, argument bezpośredni lub zawartość komórki pamięci zaadresowanej parą H-L
dodawanie dwucyfrowych liczb dziesiętnych, wykonywane metodą korekcji zawartości akumulatora
dodawanie i odejmowanie wielokrotnej precyzji
operacje logiczne na słowach ośmiobitowych
operacje przesyłania, zwiększania, zmniejszania i dodawania szesnastobitowych adresów traktowanych jako liczby całkowite bez znaku
rozkazy skoku, przy czym skok warunkowy jest skokiem bezwzględnym, a warunkiem skoku jest stan wybranego znacznika w rejestrze stanu
rozkazy wejścia/wyjścia realizujące przesłania między akumulatorem a układem sprzęgającym, którego numer jest podany w rozkazie

Historia

W Polsce pod koniec lat 70. zakłady półprzewodnikowe CEMI produkowały mikroprocesor o nazwie MCY7880 w pełni zgodny z 8080 oraz dodatkowe układy wspomagające zgodne z układami Intela^[3].

Zobacz też

Przypisy

↑ Maciej Danecki. Opera na szesnaście bitów, czyli jak to zrobił Intel. „Bajtek”, styczeń 1991. Spółdzielnia „Bajtek”. ISSN 0860-1674. (pol.).
↑ Retrogram Hardware – Polak potrafił, czyli smutna historia Elwro – gram.pl [online], www.gram.pl [dostęp 2017-11-24] (pol.).
↑ Rydzewski 1986 ↓, s. 81.

Bibliografia

Andrzej Rydzewski: Mikrokomputer elementy, budowa, działanie. Warszawa: NOT Sigma, 1986. ISBN 83-85001-17-4.

[1] Maciej Danecki. Opera na szesnaście bitów, czyli jak to zrobił Intel. „Bajtek”, styczeń 1991. Spółdzielnia „Bajtek”. ISSN 0860-1674. (pol.).

[2] Retrogram Hardware – Polak potrafił, czyli smutna historia Elwro – gram.pl [online], www.gram.pl [dostęp 2017-11-24] (pol.).

[CITEREFRydzewski198681-3] Rydzewski 1986 ↓, s. 81.

[1]

[2]

[3]