Mikroprosesor Zilog Z80
Sejarah
Mikroprosesor
Zilog Z80 dikembangkan oleh Zilog Inc. mendominasi pasar komputer mikro 8-bit dari akhir tahun 1970-an hingga pertengahan 1980-an.Pada dasarnya Z80
memiliki semua features yang dimiliki Intel 8080, jumlah register dan jumlah
instruksi Z80 kira-kira dua kali Intel 8080/8085. mikroprosesor Z80 memiliki
158 instruksi dasar, sedangkan Intel 8080 hanya 78. selain itu Z80 masih
memiliki sejumlah keistimewaan penting lainnya yang tidak dimiliki Intel 8080.
Salah satu keistimewaan Z80 ini adalah kemampuannya untuk melakukan penyegaran
memori secara dinamis (dynamic memory refresh) secara otomatis. Adalah menarik
untuk diketahui bahwa beberapa pendiri Zilog Inc. adalah mantan para ahli Intel
Corporation yang ikut merancang Intel 8080, tetapi kemudian pindah ke Zilog
Inc.
Mikroprosesor
Z80 dibuat dengan menggunakan teknologi NMOS (N-type
metal-oxide-semiconductor logic) dan dikemas dalam sebuah DIP (dual inline package) dengan 40 pin. Jumlah saluran alamatnya sama dengan 16,
dan 8 saluran data. Saluran-saluran ini tidak di-multiplexed. Mikroprosesor Z80
sudah memiliki penghasil detak (clock) sendiri dan hanya memerlukan satu
tegangan catu +5 volt.
Perkembangan Zilog Z80
- Zilog Z80 (1976)
- Zilog Z8000 (ca 1978)
- Zilog Z800 (1985)
- Zilog Z80000 (late 1985)
- Zilog Z280 (early 1986)
- Zilog Z180 (late 1986)
Gambar Z80 CPU
(the good old MOS (Metal Oxide Semiconductor ) version from
1978)
Chip mikroprosesor
Zilog Z80 (Z0840008PSC)
Blok DMA Zilog Z80
Fitur Zilog Z80
- Terdiri dari 158 instruksi dasar, termasuk 78 instruksi 8080A sebagai subsetnya (semuanya kompatibel). Instruksi baru termasuk operasi 4-, 8- dan 16-bit denga mode pengalamatan lebih berguna seperti pengalamatan terindeks, bit, dan pengalamatan relatif.
- Chip tunggal. Dengan versi NMOS untuk solusi harga rendah kinerja tinggi, sementara versi CMOS untuk rancangan kinerja tinggi berdaya rendah
- NMOS Z0840004 – 4 MHz; NMOS Z0840006 – 6,17 MHz; NMOS Z0840008 – 8 MHz.
- CMOS Z84C0006 – DC sampai 6,17 MHz; CMOS Z84C0008 – DC sampai 8 MHz; CMOS Z84C0010 – DC sampai 10 MHz; CMOS Z84C0020 – DC sampai 20 MHz
- Versi 6 MHz bisa beroperasi pada clock 6,144 MHz.
- Mikroprosesor Z80 dan keluarga periferal Z80 bisa dihubungkan dengan sebuah sistem interupsi tervektor. Sistem ini bisa dihubungkan secara daisy-chain yang mengijinkan implementasi skema interupsi terprioritas.
- Penggandaan kumpulan (set) register serba-guna dan flag
- 17 register internal termasuk dua register indeks 16-bit
- Tiga mode interupsi maskable
- Mode 0 – sama dengan 8080A
- Mode 1 – Lingkungan non-Z80, beralamat di 38H
- Mode 2 – periferal keluarga Z80, interupsi tervektor
- Pencacah refresh memori dinamis dalam chip
- Antarmuka langsung dengan memori dinamis atau statis kecepatan standar tanpa membutuhkan logika eksternal
- Kinerja jauh di atas mikroprosesor chip tunggal lain dalam aplikasi 4-, 8-, atau 16-bit
- Semua pin kompatibel dengan level tegangan TTL (TTL Compatible).
Arsitektur Mikroprosesor
Zilog Z80
Diagram blok internal memperlihatkan fungsi utama dari prosesor Z80.
Arsitektur
mikroprosesor Zilog Z80
Bagian-bagian utama mikroprosesor
Z80 adalah:
- ALU (Aritmatic and Logic Unit), bagian ini merupakan pusat pengolahan data. Di bagian ini dilakukan operasi-operasi logika, seperti: AND dan OR, serta operasi-perasi aritmatika, seperti: penjumlahan dan pengurangan.
- Larik Register (Registers Array), merupakan kumpulan register-register yang terdiri dari register serba-guna dan register fungsi khusus.
- Register Instruksi (Instruction Register), merupakan tempat untuk menyimpan sementara instruksi yang akan diterjemahkan oleh penerjemah (decoder) instruksi.
- Decoder (Penerjemah) Instruksi (Instruction Decoder), merupakan bagian yang berfungsi dalam menerjemahkan instruksi yang diambil dari memori setelah sebelumnya melewati register instruksi.
- Kontrol Pewaktuan CPU (CPU Timing Control), bagian ini berfungsi dalam mengendalikan kerja CPU secara keseluruhan dan juga pewaktuan bagi periferal atau memori yang memiliki hubungan dengan CPU.
- Antarmuka Bus Data (Data Bus Interface), bagian ini merupakan pintu gerbang untuk keluar-masuk data dari dan ke CPU.
- Penyangga dan Logika Alamat (Address Logic and Buffer), bagian ini berfungsi dalam menyediakan alamat memori atau I/O yang diakses oleh CPU.
- Bus Data Internal (Internal Data Bus), di bagian ini lalu lintas data dalam CPU berlangsung.
Register
Pada dasarnya register-register CPU Z80 terbagi ke dalam dua jenis, yaitu :
- Register serba-guna (GPR: General-purpose Registers)
- Register Akumulator. Register ini sangat penting peranannya dalam pengolahan data oleh ALU. Berbagai operasi logika dan aritmatika menggunakan register ini untuk menyimpan salah satu operan dan menyimpan hasil operasi yang telah dilakukan oleh ALU.
- Register Bendera (flag). Register ini merupakan status dari berbagai hasil operasi yang dilakukan ALU. Operasi logika dan aritmatika yang dilakukan oleh ALU akan mempengaruhi sebagian atau seluruh flag-flag yang ada dalam register flag ini. Register flag ini terdiri atas:
- SF : bendera tanda (sign flag) yang menyatakan hasil operasi aritmatika. Bidang ini akan bernilai 1 jika MSB (most significant byte) bernilai 1.
- ZF : bendera nol (zero flag). Bidang ini menyatakan hasil dari operasi yang dilakukan ALU apakah menghasilkan nol atau tidak. Bidang ini bernilai 1 jika hasil operasi ALU sama dengan nol.
- HF : Bendera Pengambilan setengah (half-carry). Bendera ini bernilai 1 jika operasi penambahan atau pengurangan menghasilkan sebuah pengambilan ke dalam, atau meminjam dari bit 4 akumulator.
- XF : Salinan hasil 3 bit.
- PF : Bendera paritas atau oberflow. Paritas (P) dan overflow berbagi bendera yang sama. Operasi logika mengakibatkan bendera ini dengan paritas hasil sementara operasi aritmatika mempengaruhi bendera ini dengan overflow dari hasil. Jika P/V memegang paritas: P/V = 1 jika hasil operasi adalah genap; P/V = 0 jika hasilnya ganjil. Jika P/V memegang overflow, P/V = 1 jika hasil operasi mengeluarkan sebuah overflow; jika P/V tidak memegang overflow, P/V sama dengan 0.
- NF : Bendera Tambah/Kurang (Add/Subtract). Nilai bendera ini sama dengan 1 jika operasi sebelumnya adalah pengurangan (subtract).
- CF : Bendera Pengambilan/Sambungan (carry/link). Bendera ini bernilai 1 jika operasi menghasilkan pengambilan (carry) dari MSB operand atau hasil.
- Register Serba-guna lainnya (B, C, D, E, H, L).
- Register fungsi khusus (SFR: Special Function Registers)
- Program Counter (PC), register ini perfungsi sebagai pencacah alamat instruksi selanjutnya yang akan diambil dari memori.
- Stack Pointer (SP), register ini menyimpan alamat atas (top) dari stack. Stack berfungsi sebagai penyimpanan dalam memori yang sifatnya sementara bagi nilai-nilai (value) dari register-register CPU ketika register tersebut akan dipakai. Stack digunakan dengan perintah Push dan Pop.
- Register Indeks (IX dan IY), register ini digunakan untuk pengalamatan terindeks.
- Register Interupsi (I), register ini menyimpan alamat memori untuk vektor interupsi.
- Register Refresh (R)
- Flip-flop Status Interupsi (IFF) dan Mode Interupsi (IMF).
Interupsi
CPU Z80 menerima dua sinyal input
interupsi : NMI dan INT. NMI adalah interupsi non-maskable dan memiliki
prioritas tertinggi. INT adalah interupsi berprioritas lebih rendah dan
diperlukan bahwa interupsi ini diaktifkan melalui software agar beroperasi. INT
bisa dihubungkan ke divais periferal bervariasi dalam konfigurasi terhubung OR.
Z80 memiliki sebuah mode tanggapan tunggal
bagi layanan interupsi pada interupsi non-maskable. Interupsi maskable, INT,
memiliki tiga mode tanggapan yang bisa diprogram yang tersedia. Mereka itu
adalah:
- Mode 0 – sama dengan mikroprosesor 8080
- Mode 1 – layanan interupsi periferal untuk penggunaan dengan sistem bukan 8080/Z80
- Mode 2 – skema interupsi tervektor, biasanya di-daisy-chain, bagi pernggunaan dengan keluarga Z80 dan divais periferal yang sesuai (kompatibel).
Operasi
Interupsi Mode 0.
Mode ini sama dengan prosedur layanan
interupsi mikroprosesor 8080. Devais yang menginterupsi menempatkan sebuah
instruksi pada bus data. Normalnya sebuah instruksi Restart, yang memulai satu
pemanggilan pada satu lokasi dari delapan lokasi restart yang terpilih di
halaman (page) memori nol. Tidak seperti 8080, CPU Z80 merespon pada instruksi
Call dengan hanya satu siklus pemberitahuan interupsi diikuti dengan dua siklus
baca memori.
Operasi
Interupsi Mode 1.
Operasi Mode 1 sangat sama dengan
interupsi NMI. Secara prinsip perbedaannya hanya satu yaitu interupsi Mode 1
restart (memulai kembali) pada alamat 0038H.
Operasi Interupsi Mode 2.
Mode
interupsi ini telah dirancang untuk penggunaan kemampuan yang sangat efektif
dari mikroprosesor Z80 dan hubungannya dengan keluarga periferalnya. Devais
periferal yang menginterupsi memilih alamat awal rutin layanan interupsi. Devais
itu melakukannya dengan menempatkan sebuah vektor 8-bit pada bus data selama
siklus pemberitahuan interupsi. CPU membentuk satu penunjuk (pointer)
menggunakan byte ini sebagai 8-bit rendah dan isi register I sebagai 8-bit tinggi.
Penunjuk ini menunjukkan sebuah masukan (entry) dalam tabel alamat bagi rutin
layanan interupsi. CPU kemudian melompat ke rutin pada alamat tersebut.
Kefleksibelan dalam pemilihan alamat rutin layanan interupsi ini mengijinkan
divais perifera; menggunakan beberapa jenis rutin layanan yang berbeda.
Rutin-rutin tersebut mungkin ditempatkan pada suatu alamat di memori yang
tersedia. Karena devais yang
menginterupsi mensuplay byte orde rendah dari vektor 2-byte, bit 0 (A0) harus
menjadi nol.
Operasi Enable/Disable Interupsi (flop-flop).
Dua flip-flop
IFF1 dan IFF2, ditunjukkan pada gambaran (dekripsi) register, digunakan untuk
memberikan tanda status interupsi CPU. Operasi kedua flip-flop digambarkan pada
Tabel dibawah.
Pengkakian
Konfigurasi pin mikroprosesor Z80.
Gambar
konfigurasi pin mikroprosesor Zilog Z80
Keterangan :
A0 – A15. Bus Alamat (keluaran,
aktif High, 3-state). A0 – A15 membentuk bus alamat 16-bit. Bus Alamat menyediakan alamat bagi pertukaran bus
data memori (sampai 64Kbyte) dan bagi pertukaran divais I/O.
BUSACK. Pemberitahuan Bus
(keluaran, aktif Low). Pemberitahuan Bus menunjukkan pada divais yang meminta
bahwa bus alamat CPU, dan sinyal kontrol MREQ, IORQ, RD, dan WR telah memasuki keadaan impedansi tinggi
(high-impedance). Sirkuit eksternal sekarang bisa mengontrol jalur-jalur
tersebut.
BUSREQ. Permintaan Bus (masukan,
aktif Low). Permintaan Bus memiliki prioritas lebih tinggi dibandingkan dengan
NMI dan selalu dikenali di akhir siklus mesin yang sedang berjalan. BUSREQ memaksa
bus alamat CPU, bus data dan sinyal kontrol MREQ, IORQ, RD dan WR menuju
keadaan impedansi tinggi sehingga divais lain bisa mengontrol jalur-jalur
tersebut. BUSREQ normalnya terhubung OR (wired-OR) dan memerlukan satu resistor
pullup eksternal bagi aplikasi tersebut. Perluasan periode BUSREQ karena operasi DMA yang luas bisa menjaga CPU dari
penyegaran (refreshing) RAM dinamis yang benar.
D0 – D7. Bus Data
(masukan/keluaran, aktif High, 3-state). D0 – D7 membuat sebuah bus data dua
arah (bidirectional) 8-bit, yang digunakan untuk pertukaran data dengan memori
dan I/O.
HALT. Keadaan Berhenti (Halt)
(output, aktif Low). HALT menunjukkan bahwa CPU telah mengeksekusi perintah
Halt dan sedang menunggu sebuah interupsi non-maskable atau maskable (dengan mask
aktif) sebelum operasi bisa dilanjutkan kembali. Ketika terhenti, CPU
mengeksekusi NOP untuk menjaga refresh memori.
INT. Permintaan Interupsi
(masukan, aktif Low). Permintaan Interupsi dihasilkan oleh divais I/O. CPU
menerima sebuah interupsi di akhir instruksi yang sedang berjalan jika
flip-flop pengaktif interupsi terkontrol software internal (IFF) diaktifkan. INT normalnya dihubung OR dan memerlukan
resistor pullup eksternal bagi aplikasi-aplikasi tersebut.
IORQ. Permintaan Masukan/Keluaran
(keluaran, aktif Low, 3-state). IORQ menunjukkan bahwa setengah bus alamat
rendah memegang sebuah alamat I/O yang sah bagi sebuah operasi penulisan atau
pembacaan I/O. IORQ juga dihasilkan secara bersamaan dengan M1 selama sebuah
siklus pemberitahuan interupsi untuk menunjukkan bahwa sebuah vektor tanggapan
interupsi bisa ditempatkan pada bus data.
M1. Siklus Mesin (keluaran, aktif
Low). M1, bersama-sama dengan MREQ, menunjukkan bahwa siklus mesin yang sedang
berjalan adalah siklus pengambilan opcode dari sebuah eksekusi instruksi. M1, bersama-sama dengan IORQ menunjukkan
bahwa siklus pemberitahuan interupsi.
MREQ. Permintaan Memori
(keluaran, aktif Low, 3-state). MREQ menunjukkan bahwa bus alamat memegang
alamat yang sah bagi operasi pembacaan memori atau penulisan memori.
NMI. Interupsi Non-Maskable
(masukan, terpicu ujung negatif). NMI memiliki prioritas lebih tinggi
dibandingkan dengan INT. NMI selalu dikenali di akhir instruksi yang sedang
berjalan, tak tergantung dari status flipf-flop pengaktif interupsi (interrupt
enable flip-flop), dan secara otomatis memaksa CPU untuk memulai kembali pada
alamat 0066H.
RD. Baca (keluaran, aktif Low,
3-state). RD menunjukkan bahwa CPU ingin membaca data dari memori atau divais
I/O. Divais I/O atau memori yang dialamati akan menggunakan sinyal ini untuk
menempatkan data ke dalam bus data CPU.
RESET. Reset (masukan, aktif
Low). RESET mengawali CPU sebagai berikut: me-reset flip-flop pengaktif
interupsi, menghapus PC dan register I dan R, men-set status interupsi ke Mode
0. Selama waktu reset, bus alamat
dan data berkondisi impendansi tinggi, dan semua sinyal keluaran kontrol
menjadi tidak aktif. Catat bahwa RESET harus aktif minimal selama tiga siklus
clock penuh sebelum operasi reset lengkap.
RFSH. Refresh (keluaran, aktif
Low). RFSH, bersama-sama dengan MREQ
menunjukkan tujuh bit bus alamat sistem terendah bisa digunakan sebagai alamat
penyegaran ke memori dinamis sistem.
WAIT. Tunggu (masukan, aktif Low). WAIT menunjukkan pada CPU bahwa memori
atau divais I/O yang dialamati tidak siap untuk sebuah pengiriman data. CPU
selanjutnya memasuki sebuah keadaan tunggu selama sinyal tersebut aktif.
Perluasan periode WAIT bisa menjaga CPU dari penyegaran memori dinamis yang
benar.
WR. Tulis (keluaran, aktif Low,
3-state). WR menunjukkan bahwa bus data CPU memegang data yang sah untuk
disimpan pada lokasi memori atau I/O yang dialamati.
Instruksi
Mikroprosesor Z80 memiliki
sekumpulan instruksi yang sangat berdaya guna dan dan serba guna yang tersedia
di beberapa mikroprosesor 8-bit. Itu termasuk operasi yang khas (unik) seperti
pemindahan blok untuk transfer data yang cepat dan efisien dalam memori atau
antara memori dan I/O. Itu juga mengijinkan operasi beberapa bit di dalam
beberapa lokasi di memori.
Instruksi-instruksi mikroprosesor Zilog Z80 dibagi ke dalam kategori
berikut ini:
- Pemuatan 8-bit
- Pemuatan 16-bit
- Pertukaran, transfer blok dan pencarian
- Operasi logika dan aritmatika 8-bit
- Aritmatika serba-guna dan kontrol CPU
- Perputaran (rotasi) dan pergeseran (shift)
- Operasi set, reset dan tes bit
- Lompatan
- Pemanggilan (call), kembali (return) dan restart
- Operasi masukan dan keluaran
Sejumlah mode pengalamatan yang
beragam diimplementasikan untuk mengijinkan transfer data yang cepat dan
efisien antara berbagai register, lokasi memori dan divais masukan/keluaran.
Mode pengalamatan yang disertakan:
- Cepat (immediate)
- Perluasan cepat (immediate extended)
- Halaman nol termodifikasi (modified page zero)
- Relatif (relative)
- Perluasan (Extended)
- Terindeks (Indexed)
- Register
- Register tak langsung
- Tersirat (Implied)
- Bit
Chip Pendukung
Mikroprosesor dibuat berserta
seperangkat periferal pendukungnya yang dikenal dengan periferal keluarga Z80.
Periferal-periferal yang mendukung mikroprosesor Z80 di antaranya, yaitu:
- Pengontrol Masukan/Keluaran Paralel (Z80 PIO: Parallel Input/Output)
- Pengontrol Masukan/Keluaran Serial (Z80 SIO: Serial Input/Output)
- Sirkuit Pewaktuan/Pencacah (Z80 CTC: Counter/Timer Circuit)
- Pengontrol Akses Memori Langsung (Z80 DMA: Direct Memory Access)
- Pengirim/Penerima Tak-sinkron ganda (Z80 DART: Dual Asynchronous Receiver/Trasmitter)
Mikroprosesor Z80 tidak hanya
dapat berantarmuka dengan periferal keluarga Z80 saja, namun bisa dihubungkan
dengan periferal dari keluarga mikroprosesor yang lain seperti periferal
keluaran Intel. Karena kedua mikroprosesor ini masih satu rumpun (keturunan).
Pemrograman
Pemrograman Mikroprosesor
Z80 menggunakan bahasa assembly yang memudahkan
pengguna menuliskan dalam pengalamatan memori atau format instruksi mesin.
Menggunakan simbol dalam mengidentifikasi alamat lokasi memori dan pemrograman.
untuk menuliskan instruksi proses
program tertentu menggunakan simbol untuk mengidentifikasi langkah instruksi
program berikutnya.
Berikut sepintas tentang software
assembler untuk pemrograman Zilog Z80 (z80 simulator)
1. Main
Window
Main Window dari Z80 adalah jendela utama pada program simulasi z80. untuk menjalankan program, kemudian memanggil Assembler Editor, Simulation Log Viewer, Memory Editor dll.
Untuk mengisi
program gunakan menu File, load program
Untuk Melakukan
simulasi gunakan menu Simulation,Start (memulai) atau Stop (menghentikan)
Untuk menghapus memori gunakan FILE, clear memory
Untuk menghapus memori gunakan FILE, clear memory
Untuk memanggil
Assembler gunakan menu Tools, Assembler Untuk memanggil Simulation Log Viewer
gunakan menu Tools, Simulation Log Viewer.
2. Assembler Editor.
Assembeler Editor adalah editor yang kita gunakan untuk menuliskan program. Setelah program ditulis dan disimpan, maka pada toolbar Tools Assemble kita dapat melakukan compile untuk mengetahui apakah terdapat error atau kesalahan sintaks pada program yang telah kita buat, jika tidak, maka program yang telah kita buat diterjemahkan ke dalam bentuk Object atau ekstensi .obj. bentuk objek inilah yang akan digunakan simulator untuk melakukan simulasi.
Simpan hasil program anda agar dapat digunakan
kembali suatu saat. Jendela assembler juga menampilkan terjemahan program ke
dalam bentuk heksadesimal. Seperti gambar berikut.
3. Simulation Log Viwer.
Simulation Log Viewer adalah layar yang menampilkan proses register dan program counter setiap baris program yang dieksekusi.
4. Memory Editor.
Memory Editor menampilkan isi dari tiap-tiap alamat mikropresosr Z8O pada memori dalam bahasa assembly.
untuk mengistal program ini di Windows 7 Maka Anda harus menginstalnya di Luar local disk C Karena local disk C terproteksi dengan sistem UAC Sehingga program ini membutuhkan administrator account untuk menjalankannya, maka sebaiknya diinstall aja di disk D:
Review
:
Mikroprosesor Zilog Z80
dikembangkan oleh Zilog Inc. mendominasi pasar komputer mikro 8-bit dari akhir tahun 1970an hingga pertengahan 1980-an merupakan mikroprosesor generasi keempat yang ditingkatkan tak
terkecuali untuk kebutuhan daya komputasi dengan throughput sistem yang lebih
tinggi dan penggunaan memori yang efisien dibandingkan dengan mikroprosesor
yang sama pada generasi kedua dan ketiga. dengan 158 set intruksi dasar dengan kemampuan jauh daiatas produk intel yang setipe. Dengan 40 pin dan teknologi produk pilihan NMOS atau CMOS dikemas dalam sistim dan dual inline package (DIP), serta menggunakan catu daya sebesar 5 volt.
Register internalnya terdiri dari 208-bit memori baca/tulis yang bisa
diakses oleh programmer. Enam register serba-guna yang bisa digunakan secara
sendiri-sendiri (individual) sebagai register 8-bit atau sebagai pasangan
register 16-bit. Sebagai tambahan, ada dua set register lagi, yaitu akumulator
dan register bendera (flag). Grup perintah "Exchange" membuat set
register utama atau register alternatif bisa diakses oleh programmer. Set
alternatif mengijinkan operasi dalam mode nampak-tersembunyi
(foreground-background) atau bisa digunakan sebagai cadangan bagi tanggapan
interupsi sangat cepat.
CPU Z80 juga tersusun atas sebuah Stack Pointer, Program Counter, dua buah
register indeks, sebuah register Refresh (counter), dan sebuah register
interupsi.CPU Z80 juga sangat mudah disertakan pada sistem karena hanya
memerlukan sumber tegangan tunggal +5V. Semua sinyal output sepenuhnya
di-decode dan di-time untuk mengontrol sirkuit memori atau periferal standar.
CPU Z80 didukung oleh perluasan keluarga pengontrol periferal.
Sumber Referensi :
