zilog-40years-cpu

40 χρονια Zilog (CPU)

vinieta-featureΦέτος, κλείνουν 40 χρόνια, από τότε που ιδρύθηκε η Zilog, από τον πρώην σχεδιαστή της Intel, Φεντερίκο Φάγκιν. Yπήρξε μέχρι και τη δεκαετία του ’80, ανάμεσα στους πιο ισχυρούς κατασκευαστές επεξεργαστών, μαζί με την Intel, την MOS Technologies και την Motorola. Ήταν δε σημαντικότατη η συνεισφορά της στην ανάπτυξη των πρώτων προσωπικών υπολογιστών, αλλά ακόμη περισσότερο των οικιακών υπολογιστών της δεκαετίας του ’80.

Επειδή και μόνο η αναφορά στους υπολογιστές και τις παιχνιδομηχανές που χτίστηκαν γύρω από επεξεργαστή της Zilog απαιτεί ένα ξεχωριστό άρθρο, το αφιέρωμα στα 40 χρόνια της Zilog χωρίζεται σε δύο μέρη.

ΜΕΡΟΣ Α’: Οι επεξεργαστές της Zilog
ΜΕΡΟΣ Β’: Συστήματα με επεξεργαστές Z80

Σημείωση: Το άρθρο περιλαμβάνει αρκετούς τεχνικούς όρους, των οποίων την εξήγηση θα βρείτε στο τέλος της σελίδας. Για ακόμη περισσότερους όρους ανατρέξτε στη σελίδα Όροι Πληροφορικής

Zilog Building

40 χρόνια Zilog

Ο Φεντερίκο Φάγκιν ήταν ο βασικός άνθρωπος πίσω από το σχεδιασμό του πρώτου μικροεπεξεργαστή στην ιστορία, του Intel 4004 το 1971. Ήταν όμως και εκείνος που σχεδίασε τον 8080 λίγα χρόνια αργότερα και αμέσως πριν εγκαταλείψει την Intel για να ιδρύσει την ZilogZ« integrated logic), το 1974, η οποία θα αποδειχτεί εξίσου σημαντική για την εξέλιξη των σύγχρονων υπολογιστών.

Με το επιτυχημένο σχέδιο του 8080 στο «ενεργητικό» του ο Φάγκιν προχώρησε ένα βήμα παρακάτω, σχεδιάζοντας τον Ζ80. Τον 8μπιτο επεξεργαστή, συμβατό με την έκδοση 8080Α, που θα γίνει το θεμέλιο για πολλούς πρώιμους προσωπικούς υπολογιστές και μία τεράστια μερίδα των οικιακών υπολογιστών των 80s. Η Zilog ευθύς εξαρχής επικεντρώθηκε αποκλειστικά στο σχεδιασμό και την παραγωγή επεξεργαστών, σε αντίθεση με την Intel που εκείνη την εποχή έριχνε περισσότερο το βάρος της στις μνήμες. Ο Ζ80 πιο συγκεκριμένα αποδείχτηκε «χρυσάφι» για την εταιρεία, αφού υπήρξε ισχυρός και αξιόπιστος και παράλληλα συμβατός με τη δημοφιλή πλατφόρμα S-100, των πρώτων προσωπικών και κιτ υπολογιστών.

S8000: Τα ZEUS workstation της Zilog με τον επεξεργαστή Z8000
S8000: Τα ZEUS workstation της Zilog με τον επεξεργαστή Z8000

Ωστόσο, η τεράστια επιτυχία του Ζ80 δεν μπόρεσε να επαναληφθεί. Ο ιδρυτής της εταιρείας, Φεντερίκο Φάγκιν, παρέμεινε πρόεδρός της έως και το τέλος 1980, οπότε και η εταιρεία πέρασε στην ιδιοκτησία της Exxon. Έως τότε η Zilog είχε παρουσιάσει τον πρώτο της 16μπιτο επεξεργαστή, τον Ζ8000, που δεν έμελλε να απολαύσει ανάλογης εμπορικής επιτυχίας με τον Ζ80, αλλά μπόρεσε απλώς να έχει μία ικανοποιητική πορεία τη δεκαετία του ’80 σε ειδικευμένες περιπτώσεις προσωπικών υπολογιστών και συστημάτων UNIX. Τότε μάλιστα η Zilog έκανε ένα μικρό και όχι ιδιαίτερα επιτυχημένο πέρασμα στην κατασκευή υπολογιστών και συγκεκριμένα της οικογένειας S8000. Μία σειρά βασισμένη στην ειδικευμένη έκδοση ZEUS (Zilog Enhanced Unix System) του λειτουργικού συστήματος UNIX, σχεδιασμένη πάνω στην αρχιτεκτονική του Ζ8000.

Μετά την αποχώρηση του Φάγκιν από τη Zilog, η εταιρεία προσπαθεί να παρακολουθήσει -χωρίς ιδιαίτερη επιτυχία- τις εξελίξεις στο χώρο των επεξεργαστών. Η προσπάθεια αυτή ολοκληρώνεται το 1987, μετά την αποτυχία της στη μετάβαση στην αρχιτεκτονική των 32bits, που έχει επιτευχθεί έως τότε με τους Intel 80386 και MC68020. Η εταιρεία στρέφεται στην παραγωγή micro-controllers και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για περιφερειακή χρήση και άλλες εμπορικές -πλην προσωπικών υπολογιστών- εφαρμογές, συνεχίζοντας να αξιοποιεί τον γηραιό, αλλά και δοκιμασμένο, πυρήνα του Ζ80. Μετά από μία χρεωκοπία το 2000, η Zilog αναδιοργανώνεται και επανακάμπτει με χαμηλούς ρυθμούς, χάρη στην επιτυχημένη οικογένεια 8μπιτων μικροελεγκτών eZ80. Μία ακόμη αποτυχημένη προσπάθεια μετάβασης στην 32μπιτη αρχιτεκτονική έγινε το 2006, με την υιοθέτηση του πυρήνα των ARM σε micro-controllers της Zilog. Σήμερα η Zilog παραμένει ένας μικρός, αλλά σταθερός παράγοντας, στην κατασκευή micro-controllers για μία πλειάδα εμπορικών προϊόντων, όπως ΑΤΜ, συστημάτων αυτοματισμού και ελέγχου βιομηχανικής παραγωγής.

Παρόλη την κάμψη από τη δεκαετία του 1990 και μετά, από μόνη της η ύπαρξη του Ζ80 επαρκεί για να τοποθετήσει την Zilog στο Πάνθεον της ιστορίας των επεξεργαστών.

Zilog Z80

Ζ80Α. Η πιο δημοφιλής έκδοση του Ζ80 που χρησιμοποιήθηκε σε δεκάδες home computers, κυκλοφόρησε το 1979 στη συχνότητα των 4 MHz.
Ζ80Α. Η πιο δημοφιλής έκδοση του Ζ80 που χρησιμοποιήθηκε σε δεκάδες home computers, κυκλοφόρησε το 1979 στη συχνότητα των 4 MHz.

Ένας από τους πιο δημοφιλείς επεξεργαστές στις δεκαετίες του ’70 και του ’80, αρχικά σε κιτ και προσωπικούς υπολογιστές και αργότερα στα home computers. Ο Ζ80, του οποίου η κατασκευή ολοκληρώθηκε το 1976, δύο χρόνια μετά την ίδρυση της Zilog, βρέθηκε -κυρίως στις ΗΠΑ- απέναντι στον επίσης 8μπιτο MOS 6502 (και τις παραλλαγές του) και κατάφερε να επικρατήσει με μεγάλη διαφορά στους Ευρωπαίους και Ιάπωνες κατασκευαστές. Ένας από τους κύριους λόγους της αρχικής του επιτυχίας υπήρξε το γεγονός ότι αποτελούσε μετεξέλιξη του Intel 8080A, με τον οποίον άλλωστε ήταν και συμβατός. Κατά συνέπεια μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στα πρώτα συστήματα με το δημοφιλή δίαυλο S-100. Κυρίως όμως διότι ήταν αξιόπιστος, γρήγορος και πάνω από όλα φθηνός. Επιπλέον, ο Ζ80 υπήρξε ο πιο προηγμένος 8μπιτος επεξεργαστής τουλάχιστον έως το 1978, οπότε έκανε την εμφάνισή του ο τεχνολογικά ανώτερος Motorola 6809.

Amstrad 6128plus: Το τελευταίο μοντέλο οικιακού υπολογιστή με επεξεργαστή Zilog Z80

Ο Ζ80 υπήρξε ένας από τους μακροβιότερους επεξεργαστές όλων των εποχών. Ταυτόχρονα όμως και εκείνος με τη μεγαλύτερη γκάμα εφαρμογών, από ψηφιακές αριθμομηχανές και οικιακούς υπολογιστές, έως παιχνιδομηχανές και Arcades (αναλυτικότερα, στο Β’ Μέρος του Αφιερώματος). Το τελευταίο μοντέλο οικιακού υπολογιστή που τον χρησιμοποιούσε ήταν ο  Amstrad CPC Plus, του 1990. Δηλαδή δεκατέσσερα ολόκληρα χρόνια μετά την πρώτη κυκλοφορία του Ζ80. Τυπικά, συνεχίζει να υφίσταται ως σήμερα με την μορφή νεώτερων micro-controllers της Zilog που ενσωματώνουν τον πυρήνα του.

Διάγραμμα του ολοκληρωμένου κυκλώματος Z80.
Διάγραμμα ακροδεκτών του ολοκληρωμένου κυκλώματος Z80.

Ο Ζ80 αποτέλεσε παράγωγο του Intel 8080A και ενσωμάτωνε περισσότερα και ισχυρότερα χαρακτηριστικά. Μεταξύ αυτών το διπλάσιο σε μέγεθος σετ μικροεντολών, δύο επιπλέον καταχωρητές-δείκτες, καλύτερο σύστημα διακοπών (interrupt) για τις συσκευές εισόδου/εξόδου (Ι/Ο) και τέλος -ίσως το πιο σημαντικό- ενσωματωμένη λειτουργία ανανέωσης μνήμης DRAM. Επίσης, λόγω της μοναδικής τάσης πυρήνα στα 5V (αντί των 5/12V του 8080), είχε χαμηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις. Κατασκευασμένες με τεχνολογία NMOS, οι αρχικές εκδόσεις είχαν συνηθισμένο όριο χρονισμού τα 2,5 MHz, τα 4 MHz (Ζ80Α), τα 6 MHz (Z80B) και τα 8 MHz (Z80H). Όταν όμως, στα μέσα της δεκαετίας του ’80 πέρασε σε κατασκευή CMOS οι τιμές αυτές εκτοξεύτηκαν στα 20 MHz ή ακόμη και τα 33 MHz. Στους νεότερους micro-controllers που χρησιμοποιούν πυρήνα Ζ80, όπως π.χ. ο eZ80, ο χρονισμός μπορεί να αγγίξει και τα 50 MHz.

Ο Z80 στην εξέλιξή του, κατάφερε να αγγίξει έως και τα 33 MHz σε χρονισμούς. Όπως το μοντέλο της φωτογραφίας, Kawasaki KL5C8400C (κατασκευή CMOS, τύπος 48-pin QFP)
Ο Z80 στην εξέλιξή του, κατάφερε να αγγίξει έως και τα 33 MHz. Όπως το μοντέλο της φωτογραφίας, Kawasaki KL5C8400C (κατασκευή CMOS, συσκευασία 48-pin QFP)

Ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματα του Ζ80 ήταν ότι μοιραζόταν σε μεγάλο βαθμό την απλοϊκή γλώσσα μηχανής των 8008 και 8080 (σ.σ. κάποιες αλλαγές ήταν απαραίτητες, λόγω της πνευματικής ιδιοκτησίας της Intel). Ένα δεύτερο και ακόμη σημαντικότερο η πληθώρα αδειών που δόθηκαν σε τρίτους κατασκευαστές, όπως οι Mostek, NEC, SGS-Thomson, Sharp, Toshiba κ.α. Στα μέσα της δεκαετίας του ’70 η παραγωγή του Ζ80 ήταν τόσο μεγάλη, ώστε να μπορούν οι τιμές να συμπιεστούν στα κατώτατα επίπεδα για 8μπιτο επεξεργαστή. Κάτι που βοήθησε τα μέγιστα στην εξάπλωση της χρήσης του από μικρούς κατασκευαστές, κυρίως εκτός ΗΠΑ. Ταυτόχρονα, ο Ζ80 τράβηξε το ενδιαφέρον των μηχανικών του πρώην Ανατολικού Μπλοκ και καθώς το εμπόριο ήταν από δύσκολο έως αδύνατο εκείνη την εποχή μεταξύ Ανατολής-Δύσης, ο επεξεργαστής έγινε αντικείμενο αντίστροφης μηχανικής και δεκάδες κλώνοι του κατέκλυσαν τις χώρες αυτές. Χωρίς υπερβολή, ο εν λόγω υπολογιστής έγινε η βάση για την ανάπτυξη μίας σημαντικής -αν και ξεχασμένης- βιομηχανίας προσωπικών υπολογιστών στο Ανατολικό Μπλοκ. Ένα θέμα που θα δούμε αναλυτικότερα σε μελλοντικό αφιέρωμα.

O Z80 βρήκε μία θέση ακόμη και σε πασίγνωστα Arcades, όπως για παράδειγμα το Galaga της Namco (1981)

Αρχικά ο Ζ80 αξιοποιήθηκε από κατασκευαστές μικροϋπολογιστών, βασισμένων κυρίως στο δημοφιλή δίαυλο S-100, ενώ στη συνέχεια -και μετά την εξάπλωση του CP/M– έγινε η καρδιά των πρώτων προσωπικών υπολογιστών μαζικής παραγωγής. Χάρη στο CP/M επίσης, κατασκευάστηκαν δεκάδες κάρτες Z80, που τοποθετούνταν ως έξτρα σε υπολογιστές με άλλες CPU, προκειμένου να μπορούν να εκμεταλλευτούν την τεράστια βιβλιοθήκη του λειτουργικού της Digital Research. Η μεγάλη του εξάπλωση στους οικιακούς υπολογιστές θα έρθει αρχικά με την υιοθέτησή του από την Tandy στον TRS-80, για να εκτοξευθεί -κυρίως στις ευρωπαϊκές αγορές- μέσω των υπολογιστών της Sinclair και της Amstrad. Ταυτόχρονα όμως ο Ζ80 γίνεται και ο υπ’ αριθμόν ένα επεξεργαστής των ιαπωνικών υπολογιστών, προσωπικών και οικιακών. Στην κορύφωση της ζήτησής του, ο Ζ80 έγινε η βάση για το πρότυπο MSX, έχοντας πλέον το ρόλο του «ισοδύναμου 8086» για τα home computers. Ο Ζ80 δεν περιορίστηκε στους υπολογιστές, αλλά βρήκε μία θέση τόσο σε ορισμένες παιχνιδομηχανές, όσο και σε πολλά Arcades. Ακόμη και σε scientific calculators και κινητά τηλέφωνα τοποθετήθηκε. Παρόλο που στα τέλη της δεκαετίας του ’80, ο γηραιός πλέον 8μπιτος επεξεργαστής έδινε τη θέση του σε 16μπιτες ή ακόμη και 32μπιτες υλοποιήσεις στο χώρο των προσωπικών υπολογιστών, ο πυρήνας του συνέχισε να «επιβιώνει» έως και τις ημέρες μας, χάρη στα παράγωγα ολοκληρωμένα, τους μικροελεγκτές της Zilog Z180, Z380 και eZ80.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1976
  • Αριθμός τρανζίστορ: 8.500
  • Λιθογραφία: 4μm
  • Δίαυλος: 8bit (data), 16bit (address)
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 64 ΚΒ
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 5 Volt
  • Τύπος συσκευασίας: 40-pin DIP, 44-pin LCC/QFP
  • Χρονισμός: 2,5MHz (Z80), 4MHz (Z80A), 6MHz (Z80B), 8MHz (Z80H) έως 33MHz τα νεότερα μοντέλα
  • Καταχωρητές: 17, μήκους 8 και 16bit
  • Μικροεντολές: 158, μήκους 4, 8 και 16bit (οι 78 κοινές με τον Intel 8080A)

Z80 – CP/M Το δίδυμο της επιτυχίας

Sharp MZ80K
Χάρη στο λειτουργικό σύστημα CP/M ο Ζ80 αποτέλεσε τη βάση για πάρα πολλούς πρώιμους προσωπικούς υπολογιστές, ενώ κατάφερε ακόμη και να σταθεί (για λίγα χρόνια) απέναντι στους 16μπιτους IBM-PC συμβατούς. Ειδικά οι Ιάπωνες κατασκευαστές αξιοποίησαν κατά κόρον τον Ζ80 (φωτο: Sharp MZ80K)

Ο Ζ80 οφείλει μεγάλο μέρος της επιτυχίας του -και πολύ πριν γίνει μία από τις βασικότερες επιλογές στη βιομηχανία των home computer- στην ύπαρξη του CP/M. Του λειτουργικού συστήματος της Digital Research που χαρακτηρίστηκε ως «δίαυλος λογισμικού«, διότι αποτελούσε κοινή βάση για τη λειτουργία εφαρμογών σε διαφορετικές πλατφόρμες hardware. Κάτι πρωτόγνωρο για την δεκαετία του ’70. Προγράμματα όπως το WordStar, η dBase, ακόμη και το AutoCAD, σχεδιάστηκαν αρχικά για το CP/M. Καθώς το λειτουργικό αναπτύχθηκε πάνω στους επεξεργαστές Intel 8080/8085 η αξιοποίησή του σε συστήματα με Ζ80 ήταν πανεύκολη υπόθεση λόγω τεχνολογικής συμβατότητας. Αυτό είχε σαν συνέπεια ο συνδυασμός Z80-CP/M να επικρατήσει στο χώρο των μικροϋπολογιστών και προσωπικών υπολογιστών από τα μέσα της δεκαετίας του ’70 και να αντέξει για περίπου μία δεκαετία, απέναντι στον ανταγωνισμό του συνδυασμού x86/MS DOS των IBM-PC (σ.σ. ας μην ξεχνάμε ότι και το MS DOS πάνω στο CP/M χτίστηκε). Ακόμη και με την έλευση των οικιακών υπολογιστών, το CP/M υπήρξε ένας σημαντικός πολλαπλασιαστής πωλήσεων, καθώς όλα τα συστήματα με 64ΚΒ μνήμη και δυνατότητα απεικόνισης κειμένου 80 στηλών, μπορούσαν εύκολα να το χρησιμοποιήσουν. Κάτι που ανάγκασε ακόμη και κατασκευαστές που χρησιμοποιούσαν άλλες πλατφόρμες για τους υπολογιστές τους, όπως π.χ. η Apple, να παρέχουν κάρτες με δεύτερο επεξεργαστή Ζ80, μόνο και μόνο για να μπορούν να τρέξουν το CP/M και τις εφαρμογές του.

Περισσότερα όμως για τους προσωπικούς και οικιακούς υπολογιστές που βασίστηκαν στο δίδυμο Z80-CP/M στο επόμενο μέρος του Αφιερώματος…

Wordstar
WordStar. Το περίφημο πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου για CP/M. Με 64ΚΒ μνήμης και δυνατότητα εμφάνισης κειμένου 80 στηλών, μπορούσε να το τρέξει και ένας απλός home computer με επεξεργαστή Ζ80

Zilog Z8000

O 16μπιτος διάδοχος του Ζ80 (όχι συμβατός με αυτόν) κυκλοφόρησε την ίδια χρονιά (1979) με τους δύο βασικούς, επίσης 16μπιτους, ανταγωνιστές του, τον Intel 8086 και Motorola 68000. Για τη (χρονική) ακρίβεια, μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου. Πρακτικά ο Ζ8000 δεν ήταν άμεσα ανταγωνιστικός, υστερώντας σε κάποια χαρακτηριστικά και σε αριθμό τρανζίστορ (για τα δεδομένα της CISC αρχιτεκτονικής). Από την άλλη όμως, μέσω επιπλέον 7μπιτου τμηματικού καταχωρητή που διέθετε η έκδοση Ζ8001, μπορούσε να αναγνωρίζει μνήμη έως και 8ΜΒ, σε 128 τμήματα των 64ΚΒ, τη στιγμή που η διευθυνσιοδότηση του 8086 σταματούσε στο 1MB (σ.σ. ο MC68000 είχε 24μπιτο δίαυλο, άρα μπορούσε να διαχείριστεί έως 16 ΜΒ φυσικής μνήμης).

Zilog-Z8001CS
Zilog Z8001. Η έκδοση του Ζ8000 που μπορούσε να αναγνωρίσει έως και 8 MB μνήμης. Ο συγκεκριμένος τύπος επεξεργαστή, χρονισμένος στα 4 MHz, χρησιμοποιήθηκε στον προσωπικό υπολογιστή Olivetti M20

Κυκλοφόρησαν συνολικά τέσσερις τύποι του Z8000:

  • Z8001: Διευθυνσιοδότηση μνήμης έως και 8 ΜΒ σε 128 τμήματα των 64 ΚΒ
  • Z8002: Διευθυνσιοδότηση μνήμης έως 64 KB
  • Z8003: Όπως ο Z8001 αλλά με υποστήριξη εικονικής μνήμης (virtual memory)
  • Z8003: Όπως ο Z8002 αλλά με υποστήριξη εικονικής μνήμης

Ο Z8000 δεν μπόρεσε να αντεπεξέλθει στον ανταγωνισμό της Intel και της Motorola, ούτε βέβαια να επαναλάβει την επιτυχία του 8μπιτου προκατόχου του. Ένας επιπλέον λόγος ήταν και τα bugs που εμφάνισαν τα πρώτα κομμάτια της παραγωγής. Ωστόσο, κέρδισε ένα μέρος της αγοράς και κυρίως στα συστήματα UNIX και κατάφερε να αντέξει έως και τις αρχές της δεκαετίας του ’90. Η ίδια η Zilog κατασκεύασε μία σειρά workstation (S8000) αποκλειστικά για τον Ζ8000, με επίσης τροποποιημένη για αυτόν έκδοση UNIX, την ZEUS. Τέλος, υπήρξε έκδοση του Xenix της Microsoft, για τους επεξεργαστές Ζ8000. Ο πυρήνας του 16μπιτου επεξεργαστή της Zilog επιβιώνει έως σήμερα σε μορφή micro-controller για embedded εφαρμογές.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1979
  • Αριθμός τρανζίστορ: 17.500
  • Δίαυλος: 16bit
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 8 MB (Ζ8001) / 64 ΚΒ (Ζ8002)
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 5 Volt
  • Τύπος συσκευασίας: 40-pin (Ζ8001) / 48-pin (Z8002) DIP
  • Χρονισμός: 4 MHz έως 10 MHz
  • Καταχωρητές: 16, μήκους 16bit
  • Μικροεντολές: 110, μήκους 8, 16 και 32bit

Zilog Z800

O Z800 ήταν ο δεύτερος 16μπιτος επεξεργαστής της Zilog, που όμως -σε αντίθεση με τον Ζ8000- διατηρούσε την προς τα πίσω συμβατότητα. Τόσο το σετ εντολών όσο και οι καταχωρητές ήταν πανομοιότυποι με εκείνους του Ζ80, με επέκταση των πρώτων και «ορθογωνιοποίηση» των δεύτερων, οι οποίοι ήταν μήκους 8 και 16 bits. Επίσης είχε προστεθεί στο κύκλωμα μονάδα διαχείρισης μνήμης (MMU) συνδυασμένη με εξωτερικό δίαυλο των 19 ή 24 bits, που αντιστοιχούσε σε 512 ΚΒ και 16 ΜΒ αντίστοιχα φυσικής μνήμης. Ήταν τέλος ο πρώτος επεξεργαστής της Zilog με ενσωματωμένη RAM, μεγέθους 256 bytes, σε ρόλο μνήμης cache.

O R800, της ιαπωνικής ASCII, αποτέλεσε παρακλάδι της αρχιτεκτονικής του Ζ800. Κατασκευάστηκε για το τελευταίο πρότυπο MSX (Turbo R) και ήταν πλήρως συμβατός με τον Ζ80
O R800, της ιαπωνικής ASCII, αποτέλεσε παρακλάδι της αρχιτεκτονικής του Ζ800. Κατασκευάστηκε για το τελευταίο πρότυπο MSX (Turbo R) και ήταν πλήρως συμβατός με τον Ζ80

O Z800 προοριζόταν να αποτελέσει το διάδοχο «Super Z80«, αλλά οι τεχνικές δυσκολίες του εγχειρήματος (σ.σ. ήταν πολύ πιο πολύπλοκος σχεδιαστικά) οδήγησαν στην εμφάνιση σοβαρών bugs. Ταυτόχρονα όμως, έπεσε θύμα της παράλληλης εξέλιξης του 32μπιτου Ζ80000, καθώς η Zilog επικεντρώθηκε περισσότερο στον πιο δύσκολο σχεδιασμό ενός εντελώς νέου σχεδίου, το οποίο ωστόσο αποδείχτηκε επίσης αδιέξοδο. Έτσι, αντί αυτού, στην παραγωγή μπήκε το 1987 ο Ζ280, ο οποίος -όπως φαίνεται αναλυτικότερα παρακάτω- ήταν μία εξελιγμένη μορφή του Ζ800 κατασκευασμένη σε τεχνολογία CMOS.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1985 (ανακοινώθηκε, αλλά δεν κυκλοφόρησε)
  • Δίαυλος: 16bit (data), 19/24 bits (address)
  • Μνήμη cache: 256 bytes
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 512 ΚΒ ή 16 ΜΒ
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 5 Volt
  • Τύπος συσκευασίας: 40-pin DIP, 64-pin LCC/QFP
  • Χρονισμός: 10 έως 25MHz
  • Χαρακτηριστικά: MMU, UART

Zilog Z80000

Ο Ζ80000 ή Z80K προοριζόταν να αποτελέσει το διάδοχο του 16μπιτου Ζ8000. Τυπικά βρισκόταν απέναντι στον 80386 της Intel, διαθέτοντας μάλιστα πιο εξελιγμένα χαρακτηριστικά, αλλά χωρίς να παρέχει συμβατότητα ούτε με την x86 αρχιτεκτονική, ούτε προς τα πίσω συμβατότητα με τον Ζ80, ο οποίος είχε καταφέρει για αρκετά χρόνια να αποτελεί σταθερά για τους προσωπικούς υπολογιστές

Ο Ζ80Κ ήταν σε μεγάλο βαθμό ένας 32μπιτος Ζ8000 με ορισμένα επιπλέον χαρακτηριστικά. Άλλωστε διατηρούσε πλήρη συμβατότητα με αυτόν. Ήταν ένας υπερβαθμωτός (superscalar 6 σταδίων) 32μπιτος επεξεργαστής, με 256 bytes μνήμη cache και δυνατότητα λειτουργίας σε προστατευμένη κατάσταση (protected mode), ώστε να επιτρέπει την πολυεπεξεργασία. Παράλληλα όμως ήταν σχεδιασμένος για συστήματα με πολλαπλούς επεξεργαστές, έχοντας τη δυνατότητα να μοιράζεται κοινές σελίδες μνήμης. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο πρώτος superscalar x86 επεξεργαστής, ήταν ο 80486 που κυκλοφόρησε τέσσερα χρόνια αργότερα. Ήταν κατά συνέπεια ένας πολύ ισχυρός επεξεργαστής, ο οποίος, την εποχή που προοριζόταν να βγει στην αγορά, χαρακτηρίστηκε και ως “mainframe on a chip“.

Παρόλο που ο Ζ80Κ ήταν μία πολύ εξελιγμένη CPU, επειδή η Zilog καθυστέρησε πολύ να τον βάλει σε παραγωγή, καμία έκδοσή του δεν έφτασε σε τελική εμπορική μορφή. Tο 1987 η Zilog εγκατέλειψε το σχέδιο και στράφηκε στο υποκατασκευαστικό έργο 32μπιτων επεξεργαστών της AT&T.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1986 (Ιανουάριος)
  • Αριθμός τρανζίστορ: 91.000
  • Λιθογραφία: 2μm
  • Δίαυλος: 32bit
  • Μνήμη cache: 256 bytes
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 4 GΒ
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 5 Volt
  • Τύπος συσκευασίας: 59-pin LCC
  • Χρονισμός: 8 έως 10 MHz
  • Καταχωρητές: 16, μήκους 8 έως 64bit
  • Χαρακτηριστικά: MMU, UART, Pipelining, Superscalar

Zilog Z180

Zilog Z180
O Z180 κυκλοφόρησε σε επτά συνολικά εκδόσεις. Εδώ ο Z80180, με ενσωματωμένη MMU, δύο UART, δύο ελεγκτές DMA, και δυνατότητα διευθυνσιοδότησης έως και 1 ΜΒ μνήμης.

Ο Ζ180 αποτελεί μετεξέλιξη του Hitachi HD6418. Του 8μπιτου επεξεργαστή της Hitachi που παρουσιάστηκε to 1986 με τον χαρακτήρα «Super Z80» για embedded εφαρμογές. Είναι πρακτικά ένας Z80 με πολύ περισσότερα ενσωματωμένα χαρακτηριστικά στο chip και δυνατότητα λειτουργίας έως και τα 33 MHz. Στο ολοκληρωμένο του Ζ180 συμπεριλαμβάνονται μονάδα MMU που διαχειρίζεται έως και 1 ΜΒ μνήμης, διπλός DMA controller και διπλό κανάλι ασύγχρονης επικοινωνίας (UART).  Συνολικά κατασκευάστηκαν οκτώ τύποι του Ζ180, με λιγότερα ή περισσότερα από τα παραπάνω χαρακτηριστικά και χρονισμούς από 6 έως 33 MHz. Ειδικά η έκδοση Ζ80182 σε ρόλο περιφερειακού επεξεργαστή, που πήρε άλλωστε και τον τίτλο Zilog Intelligent Peripheral Controller (ZIP), παρουσιάζει ορισμένα επιπρόσθετα χαρακτηριστικά, μεταξύ των οποίων η δυνατότητα να διακόψει τη λειτουργία του ρολογιού χωρίς να χαθούν οι τιμές των καταχωρητών.

Ο Ζ180 υπήρξε ο πρώτος επεξεργαστής της Zilog που πέτυχε εμπορικά, κυρίως σε περιφερειακή χρήση, μετά τον Ζ80.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1987
  • Δίαυλος: 8bit (data), 16bit (address)
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 1 ΜΒ
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 3,3 V, 5 V
  • Τύπος συσκευασίας: 64-pin DIP, 68-pin LCC, 80-pin QFP
  • Χρονισμός: 6, 8, 10, 20 και 33 MHz
  • Χαρακτηριστικά: MMU, UART

Zilog Z280

Zilog Z280
Z280 σε έκδοση micro-controller στα 12 MHz και συσκευασία 64-pin LCC

Ο Z280 υπήρξε μία βελτιωμένη έκδοση του 16μπιτου Ζ800 που κατάφερε να μπει σε μαζική παραγωγή, αν και χωρίς εμπορική επιτυχία. Σε σχέση με τον Ζ800, ο Ζ280 κατασκευαζόταν σε τεχνολογία CMOS και διέθετε επιπλέον χαρακτηριστικά παράλληλης επεξεργασίας (pipelining), καθώς και υποστήριξη προστατευμένης λειτουργίας της μνήμης. Όπως και με την περίπτωση του Ζ380 η Zilog δεν κατάφερε κάτι ιδιαίτερο με τον Ζ280. Και οι δύο αυτοί επεξεργαστές αντικαταστάθηκαν με επιτυχία από τον eZ80, σε ρόλο micro-controller για εμπορικές εφαρμογές, το 2000.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1987 (Ιούλιος)
  • Αριθμός τρανζίστορ: 99.000
  • Δίαυλος: 16bit (data), 24 bits (address)
  • Μνήμη cache: 256 bytes
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 16 ΜΒ
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 5 Volt
  • Τύπος συσκευασίας: 40-pin DIP, 64-pin LCC/QFP
  • Χρονισμός: 10 έως 25MHz
  • Χαρακτηριστικά: (CMOS έκδοση του Ζ800) MMU, UART, Pipelining

Zilog Z380

Ο Ζ380 ήταν ένας 16μπιτος επεξεργαστής/μικροελεγκτής, με κάποια 32μπιτα χαρακτηριστικά, συμβατός τόσο με τον Ζ80, όσο και με τον Ζ180. Φτιαγμένος περισσότερο με γνώμονα τη συμβατότητα με τις προηγούμενες πλατφόρμες, παρά την τεχνολογική πρωτοπορία, ο Ζ380 δεν πέτυχε κάτι ιδιαίτερο. Βγήκε στην αγορά το 1994, πολύ αργότερα από τους βασικούς ανταγωνιστές Motorola MC68020 και Intel 80386, δίπλα στους οποίους ήταν εμφανώς υποδεέστερος. Ακόμη και σε σχέση με τον Ζ280 υστερούσε, καθώς δεν διέθετε μνήμη cache, ούτε χαρακτηριστικά pipelining, ενώ ακόμη και η ενσωματωμένη MMU ήταν πιο απλοϊκή, χωρίς να υποστηρίζεται προστατευμένη λειτουργία μνήμης. Αυτό που ήθελε να πετύχει η Zilog με τον Ζ380 το πέτυχε λίγα χρόνια αργότερα με τον eZ80, που σημείωσε πολύ μεγαλύτερη επιτυχία σε embedded υλοποιήσεις.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

  • Έτος κυκλοφορίας: 1994
  • Δίαυλος: 16bit (data), 32bit (address)
  • Διευθυνσιοδότηση Μνήμης: 4 GΒ
  • Τάση λειτουργίας (Vcore): 3,3 V, 5 V
  • Τύπος συσκευασίας: 100-pin QFP
  • Χρονισμός: 10, 18 MHz
  • Μικροεντολές: Υπερσύνολο των Z80/Z180, μήκους 8 έως 32bit
  • Χαρακτηριστικά: MMU

Zilog eZ80 Ο Ζ80 ζει!

Zilog eZ80Το Νοέμβριο του 1999 παρουσιάζεται ο eZ80, ένας 8μπιτος micro-controller, συμβατός με Ζ80 και Ζ180, με υπερσύνολο μικροεντολών, στα πρότυπα του Ζ380. Στο νέο πυρήνα προστέθηκε κύκλωμα DSP (Digital Signal Processing) και υποστήριξη διαδικτυακών πρωτοκόλλων (TCP/IP). Με χρονισμό έως και 50 MHz, οι επιδόσεις του eZ80 αντιστοιχούν με εκείνες ενός Z80 (θεωρητικά) χρονισμένου στα 200 MHz. Διαθέτοντας 24μπιτη διευθυνσιοδότηση, αναγνωρίζει έως και 16 ΜΒ φυσικής μνήμης RAM. Το ολοκληρωμένο της Zilog διαθέτει χαρακτηριστικά pipelining (παράλληλη εκτέλεση τριων μικροεντολών), καθώς και δύο σετ καταχωρητών, συνολικά εικοσιπέντε 8μπιτων και δέκα 16μπιτων.

Προφανώς δεν χρησιμοποιείται σε σύγχρονους υπολογιστές, αλλά σε ενσωματωμένη (embedded) μορφή για τις απαιτήσεις εκατοντάδων εμπορικών εφαρμογών, όπως μηχανήματα αυτόματης πώλησης, συστήματα βιομηχανικού ελέγχου και επικοινωνιών κ.α. Η Zilog παρέχει ένα πλήρες κιτ ανάπτυξης εφαρμογών (apps). Η οικογένεια αυτή chips και προδιαγραφών ονομάζεται eZ80Acclaim. Τέλος, από τη Zilog κυκλοφόρησε και ο υπολογιστής σε πλακέτα Zdots -ως σύστημα αυτοματισμού- που περιλαμβάνει ελεγκτή eZ80AcclaimPlus, 1 MB μνήμη flash, 512 KB SRAM, Ethernet και θύρα υπερύθρων (IrDA).

Άλλα ολοκληρωμένα κυκλώματα της Zilog

H οικογένεια μικροελεγκτών Ζ8 περιλαμβάνει δεκάδες ολοκληρωμένα, για ισάρριθμες εφαρμογές. Τα pins, ανάλογα με την έκδοση, ξεκινούν από τα μόλις 8 και φτάνουν τα 80!
H οικογένεια μικροελεγκτών Ζ8 περιλαμβάνει δεκάδες ολοκληρωμένα, για ισάρριθμες εφαρμογές. Τα pins, ανάλογα με την έκδοση, ξεκινούν από τα μόλις 8 και φτάνουν τα 80!

H Zilog ξεκίνησε το 1979 την κατασκευή micro-controllers της οικογένειας Ζ8. Πρόκειται για μία μεγάλη σειρά ολοκληρωμένων με έως και 4.096 καταχωρητές που χρησιμοποιούνται ως γρήγορη μνήμη, και με πολλά επιπλέον ενσωματωμένα κυκλώματα, ανάλογα με την έκδοση. Μεταξύ αυτών μνήμη ROM/PROM, κωδικοποιητής A/D (Analog to Digital), σειριακό interface, διερμηνέας (interpreter) BASIC κ.α. Η οικογένεια αυτή μικροελεγκτών εξελίχθηκε τις επόμενες δεκαετίες στις εκδόσεις eZ8 Encore με 1 KB μνήμη flash για ακόμη πιο ευέλικτο προγραμματισμό του ολοκληρωμένου. Οι eZ8 Encore περιλαμβάνουν δύο ακόμη εκδόσεις, την XP που περιλαμβάνει ειδικευμένους αισθητήρες και την MC που προορίζεται για τον έλεγχο μηχανών. To 2006 παρουσίασε και την 16μπιτη σειρά προγραμματιζόμενων μικροελεγκτών γενικής χρήσης Z16F ή ΖΝΕΟ.

Έχοντας πλέον περιοριστεί στο χώρο των μικροελεγκτών και πολύ ειδικευμένων κυκλωμάτων, πέρα από τους eZ80 Acclaim, η Zilog διαθέτει στην αγορά ανιχνευτές κίνησης, επεξεργαστές ψηφιακού σήματος και διάφορους κωδικοποιητές. Αξίζει να σημειωθεί ότι αρκετά από τα κυκλώματα της Zilog, όπως επίσης και οι επεξεργαστές της -ήδη από τον Z80- χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε στρατιωτικές εφαρμογές. Αναλυτικότερα για τη σημερινή γκάμα προϊόντων της Zilog, δείτε τον Κατάλογο του 2013.

ΣΥΝΕΧΙΖΕΤΑΙ… (Μέρος Β’: τα συστήματα με επεξεργαστή Z80)

ΤΕΧΝΙΚΗ ΟΡΟΛΟΓΙΑ

  • DIP (Dual In-line Package): Τύπος σύσκευασίας. Τα pins του ολοκληρωμένου είναι τοποθετημένα αντιδιαμετρικά σε δύο σειρές. Το chip είτε τοποθετείται απευθείας στην πλακέτα, είτε σε κατάλληλη υποδοχή.
  • DMA (Direct Memory Access) controller: Ελεγκτής Άμεσης Πρόσβασης Μνήμης. Κύκλωμα που μεταφέρει δεδομένα μεταξύ μνήμης και μίας συσκευής εισόδου/εξόδου (Ι/Ο) χωρίς να απασχολεί τον επεξεργαστή.
  • LCC (Leaded Chip Carrier): Τύπος συσκευασίας. Το ολοκληρωμένο διαθέτει pins στις τέσσερις πλευρές του που βρίσκονται εντός υποδοχής (πλαστική ή κεραμική)
  • Micro-controller: Μικροελεγκτής. Διαφέρει από τον επεξεργαστή κυρίως λόγω των περισσότερων ενσωματωμένων υποσυστημάτων (κυρίως για embedded εφαρμογές)
  • MMU (Memory Management Unit): Μονάδα Διαχείρισης Μνήμης
  • Pin: Ακροδέκτης
  • Pipelining: Σωλήνωση. Τεχνική παράλληλης εκτέλεσης σταδίων διαφορετικών μικροεντολών
  • QFP (Quad Flat Package): Τύπος συσκευασίας. Τα pins εξέχουν από τις τέσσερις πλευρές του ολοκληρωμένου και επικολλούνται στην πλακέτα.
  • UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Ασύγχρονη σειριακή θύρα επικοινωνίας

Δείτε επίσης…