Войти
| Designer | Zilog |
|---|---|
| Bits | 16-бит |
| Представлен | 1979; 41 год назад (1979) |
| Дизайн | CISC |
| Тип | Регистр-память |
| Ветвление | Регистр условий |
| Предшественник | Z80 |
| Преемник | Z80000 |
| Регистры | |
| 16 × 16-битного общего назначения. 24-битный ПК. 16-битный статус | |
 Z8001 на материнской плате компьютера Olivetti M20 | |
| Производительность | |
|---|---|
| Разрядность данных | 16 бит |
| Ширина адреса | 23 бита |
| Физические характеристики | |
| Упаковка (и) |
|
Z8000 ("zee- or zed-восемь-тысяч") - это 16-битный микропроцессор представил Zilog в начале 1979 года. Архитектура была разработана Бернардом Пьюто, а логическая и физическая реализация была сделана Масатоши Шима с помощью небольшой группы людей. В отличие от большинства разработок того времени, Z8000 не использовал микрокод , что позволило реализовать его всего на 17 500 транзисторах.
Z8000 не был Z80 -совместим, хотя он отличался многими хорошо принятыми конструктивными замечаниями, которые сделали Z80 популярным. Среди них была возможность комбинировать его регистры и использовать их в качестве одного большего регистра - в то время как Z80 позволял использовать два 8-битных регистра как один 16-битный регистр, Z8000 расширил это позволяя двум 16-битным регистрам работать как 32-битный регистр или четырем как 64-битным регистрам. Эти комбинированные регистры были особенно полезны для математических операций.
Несмотря на то, что это был привлекательный дизайн для своей эпохи и он нашел применение в начале 1980-х, он никогда не был таким популярным, как Z80. Федерико Фаггин, тогдашний генеральный директор Zilog, считает, что причиной этого было то, что Zilog в основном принадлежал единственному инвестору, Exxon Enterprises, у которого были амбиции конкурировать с IBM. Таким образом, когда IBM начала проект IBM PC, они увидели Zilog в качестве конкурента и выбрали Intel 8088 вместо Z8000, поскольку Intel не считалась конкурентом на компьютерном рынке. Но дата выпуска Z8000 помещалась между Intel 8086 (апрель 1978 г.) и Motorola 68000 (сентябрь 1979 г.), последний из которых имел 32-битную команду . установил архитектуру и был примерно в два раза быстрее.
Zilog Z80000 был 32-битным продолжением дизайна, выпущенным в 1986 году.
| Регистры Z8000 | ||||||||||||||||||
| 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | (битовая позиция) | ||
| Группировка | ||||||||||||||||||
| Основная регистры | 16-битные | 32-битные | 64-битные | |||||||||||||||
| RH0 | RL0 | R0 | RR0 | RQ0 | ||||||||||||||
| RH1 | RL1 | R1 | ||||||||||||||||
| RH2 | RL2 | R2 | RR2 | |||||||||||||||
| RH3 | RL3 | R3 | ||||||||||||||||
| RH4 | RL4 | R4 | RR4 | RQ4 | ||||||||||||||
| RH5 | RL5 | R5 | ||||||||||||||||
| RH6 | RL6 | R6 | RR6 | |||||||||||||||
| RH7 | RL7 | R7 | ||||||||||||||||
| R8 | RR8 | RQ8 | ||||||||||||||||
| R9 | ||||||||||||||||||
| R10 | RR10 | |||||||||||||||||
| R11 | ||||||||||||||||||
| R12 | RR12 | RQ12 | ||||||||||||||||
| R13 | ||||||||||||||||||
| R14 | RR14 | |||||||||||||||||
| R15 | ||||||||||||||||||
| Регистр состояния | ||||||||||||||||||
| S | N | E | V | M | - | - | - | C | Z | S | O | D | I | H | - | Fзадержки | ||
| Программный счетчик | ||||||||||||||||||
| 0 | Сегмент | 0 0 0 0 0 0 0 0 | Pпрограмма C счетчик | |||||||||||||||
| Адрес | ||||||||||||||||||
Z8000 изначально поставлялся в двух версиях; Z8001 с полной 24-битной внешней адресной шиной , чтобы обеспечить ему доступ к 8 мегабайтам памяти, и Z8002, который поддерживал только 16- битовая адресация, позволяющая использовать 64 килобайта памяти. Это позволило Z8002 иметь на восемь контактов меньше, поставляя его в меньшем 40-контактном формате DIP, что сделало его менее затратным в реализации. Как и Zilog Z80, Z8000 включает встроенную схему обновления DRAM.
Позже серия была расширена за счет включения Z8003 и Z8004, обновленных версий Z8001 и Z8002, соответственно. Эти версии были разработаны для обеспечения улучшенной поддержки виртуальной памяти, добавления новых регистров состояния для индикации ошибок сегментации (проверка и установка) и обеспечения возможности прерывания.
Набор регистров состоял из шестнадцати 16-битных регистров общего назначения, обозначенных от R0 до R15. Регистры могут быть объединены в восемь 32-битных регистров, обозначенных RR0 / RR2 /../ RR14, или в четыре 64-битных регистра, обозначенных RQ0 / RQ4 / RQ8 / RQ12. Первые восемь регистров также могут быть разделены на шестнадцать 8-битных регистров, обозначенных RL0 - RL7 для младшего байта и RH0 - RH7 - для старшего (старшего) байта. Регистр R15 обозначается как stack указатель. В Z8001 регистр R14 используется для добавления фиксированного смещения к указателю стека, а программный счетчик расширяется до 32 битов для включения аналогичного смещения.
Были и пользовательский режим («нормальный»), и режим супервизора, выбранные битом 14 в регистре флагов. В режиме супервизора регистры стека указывают на системный стек, и доступны все привилегированные инструкции. В пользовательском режиме регистры стека указывают на нормальный стек, и все привилегированные инструкции будут генерировать ошибку.
Матрица Zilog Z8002 Z8000 использовал сегментированную карту памяти с 7-битным «номером сегмента» и 16-битным смещением. Оба числа были представлены контактами на Z8001, что означает, что он мог напрямую адресовать 23-битную память или 8 МБ. Однако внутри инструкции могли иметь прямой доступ к данным только в пределах 16-битного смещения. Это позволило уменьшить формат инструкции; системе с прямым доступом к 23-битному адресу потребуется прочитать три байта (24 бита) из памяти для каждого адреса, упомянутого в коде, таким образом, потребуется два чтения по 16-битной шине. С сегментами адреса требовали только одного 16-битного чтения, а номер сегмента нужно было обновлять только тогда, когда данные пересекали границы 16-бит / 64 кБ. Это может улучшить общую производительность, если данные могут быть расположены в пределах 64 КБ.
Дополнительный 48-контактный Z8010блок управления памятью (MMU) увеличил карту памяти до 16 МБ, переведя 23-битный адрес из ЦП в 24 -бит один. Внутри он содержал список из 64 сегментов и 8-битный указатель на физическое расположение этого сегмента в ОЗУ. Когда ЦП пытался получить доступ к определенному сегменту, Z8010 преобразовывал это в 8-битный адрес на адресной шине, а затем передавал 16-битное смещение без изменений. Это позволило распределить несколько программ в физической ОЗУ, каждой из которых было предоставлено собственное пространство для работы, при этом полагая, что они получают доступ ко всем 8 МБ ОЗУ. Сегменты были переменной длины, расширяясь до 64 КБ, чтобы обеспечить доступ ко всей памяти из 64 сегментов. Если требовалось более 64 сегментов, можно было использовать несколько Z8010. Z8010 не был доступен на момент запуска и, в конечном итоге, опоздал на девять месяцев или год.
С выпуском Z8003 / Z8004 к линейке был добавлен Z8015, добавление поддержки выгружаемой памяти. Основное отличие состоит в том, что Z8015 разбивает память на 64 блока по 2 КБ, тогда как Z8010 разбивает память на 64 блока переменного размера, до 64 КБ каждый. Кроме того, Z8015 расширяет номер сегмента с 7 до 12 бит, а затем использует их в качестве старших битов 23-битного общего адреса, перекрывая старшие биты исходного 16-битного смещения. Преимущество этой схемы доступа заключается в том, что легко читать или записывать блоки размером 2 КБ на жесткий диск, поэтому этот шаблон более точно соответствует тому, что в конечном итоге произойдет при ошибке сегментации.
В начале 1980-х годов ЦП Zilog Z8000 был популярен для компьютеров размером Unix. Эти недорогие системы Unix позволяли малым предприятиям запускать настоящую многопользовательскую систему и совместно использовать ресурсы (диск, принтеры) до того, как сети стали обычным явлением. У них обычно были только RS232 последовательные порты (4–16) и параллельные порты принтера вместо встроенной графики, как это было типично для серверов того времени.
Компьютерные системы на базе Z8000 включают собственную серию System 8000 Zilog, а также другие производители:
Компьютер Zilog S8000 вышел с версией Unix под названием ZEUS (Zilog Enhanced Unix System). ZEUS был портом Unix версии 7 и включал то, что называли «улучшениями Беркли». ZEUS включал версию из COBOL называется RM / COBOL (Ryan McFarland COBOL). Доступность R M / COBOL позволил быстро перенести многие коммерческие приложения на компьютер S8000, хотя это не помогло его долгосрочному успеху. S8000 действительно нашел некоторый успех у IRS и налоговых органов в Соединенных Штатах, которые использовали модель для обработки поданных в электронном виде налоговых деклараций.
Существовала версия Z8000 Xenix Операционная система. Namco использовала серию Z8000 в своих аркадных играх Pole Position и Pole Position II. В машинах использовались два Z8002, 64-килобайтные версии Z8000.
Сообщаемое включение устройства в конструкцию военного, возможно, дает объяснение продолжающемуся выживанию Z8000 сегодня в форме Z16C01 / 02 последовательной связи Контроллеры (SCC). Кроме того, в стандартном центральном компьютере данных о воздухе (SCADC) использовался Z8002. Уведомление об окончании срока службы от Zilog было отправлено в 2012 году.
Хотя Z8000 действительно нашел применение в начале 1980-х, он был сравнительно быстро заменен на другие разработки.
Федерико Фаггин, тогдашний генеральный директор Zilog, позже предположил, что это произошло из-за финансового соглашения Zilog с подразделением венчурного капитала Exxon, Exxon Enterprises. Предприятия сделали ряд инвестиций в компьютерную сферу и к началу 1980-х годов позиционировали себя как конкурент IBM в области больших систем. Фаггин предполагает, что IBM, таким образом, рассматривала Zilog как конкурента и отказалась рассматривать Z8000 как результат.
Однако изучение выбора, доступного дизайнерам в начале 1980-х годов, предполагает, что существуют более прозаические причины, по которым Z8000 был не более популярны:
Сравнивая язык ассемблера версии Byte Sieve, можно увидеть, что 1,1 секунды Z8000 5,5 МГц впечатляют по сравнению с 8-битными конструкциями он заменил Zilog 4 МГц Z80 за 6,8 секунды и популярный 1 МГц MOS 6502 на 13,9. Даже более новая 1 МГц Motorola 6809 была намного медленнее - 5,1 секунды. Он также неплохо справляется с 8 МГц Intel 8086, который развернулся за 1,9 секунды, или менее дорогим 5 МГц Intel 8088 за 4 секунды.
Хотя Процессоры Intel легко уступали Z8001 по производительности, они были упакованы в 40-контактные DIP, что делало их менее дорогостоящими в реализации, чем 48-контактный Z8001. Z8002 также использовал 40-контактный корпус, но имел 16-разрядную адресную шину, которая могла получить доступ только к 64 КБ ОЗУ, тогда как процессоры Intel имели 20-разрядную шину, которая могла получить доступ к 1 МБ ОЗУ. Внутренне 23-битные адреса Z8000 также были более сложными для обработки, чем более простая система Intel, использующая 16-битные базовые адреса и отдельные сегментные регистры. Для тех, кто ищет недорогой вариант с доступом к (тогда еще) большим объемам памяти, разработки Intel были конкурентоспособными и были доступны годом ранее.
Для тех, кто ищет чистую производительность, Z8000 был самый быстрый процессор, доступный в начале 1979 года. Но так было только в течение нескольких месяцев. 16/32-битный 8 МГц Motorola 68000 появился на рынке позже в том же году и развернулся за 0,49 секунды в том же тесте Sieve, что в два раза быстрее, чем Z8000. Хотя в нем использовалась еще большая 64-контактная схема DIP, для тех, кто хотел перейти на более чем 40-контактную схему, это была небольшая плата за то, что на сегодняшний день был самым быстрым процессором своей эпохи. Его 32-битные инструкции и регистры в сочетании с 24-битной адресной шиной с плоской адресацией 16 Мбайт также сделали его гораздо более привлекательным для дизайнеров, что признает Фаггин.
Чтобы усугубить свои проблемы, когда Z8000 был впервые выпущен, он содержал ряд ошибок. Это было связано с его сложным декодером инструкций, который, в отличие от большинства процессоров того времени, не использовал микрокод и зависел от логики, реализованной непосредственно в ЦП. Это позволило исключить хранение микрокода и связанную с ним логику декодирования, что уменьшило количество транзисторов до 17 500. Напротив, современный Intel 8088 использовал 29000 транзисторов, а Motorola 68000 несколькими месяцами позже использовал 68000.
Несколько третьи стороны произвели Z8000, включая AMD, SGS-Ates, Toshiba и Sharp.
AMD Z8002APC
Sharp LH8002P
