ザイログ Z80

ザイログ Z80

日付スタンプによると1976年6月に製造されたZ80
一般情報
発売	1976年7月
製造中止	2024年6月
販売元	ジログ
デザイン：	フェデリコ・ファギン、島正敏
共通メーカー	Zilog、Mostek、Synertek、SGS、NEC、シャープ、東芝、ローム、ゴールドスター、日立、ナショナルセミコンダクター、[a]他
パフォーマンス
最大CPU クロックレート	2.5MHz～8MHz [b]
データ幅	8ビット[1]
アドレス幅	16ビット[1]
アーキテクチャと分類
応用	組み込み、デスクトップ、ハンドヘルド
テクノロジーノード	4μmプロセス
命令セット	Z80 [ハ]
物理的仕様
トランジスタ	8,500
パッケージ	40ピンDIP 44ピンPLCC 44ピンQFP
歴史
前任者	インテル 8080
後継者	Z180 Z280 電子Z80

Zilog Z80は、 Zilogが設計した8 ビットマイクロプロセッサで、初期のコンピューティングの進化に重要な役割を果たしました。1976 年に発売されたこのプロセッサは、Intel 8080とソフトウェア互換性を持つように設計されており、統合性が向上し、パフォーマンスが向上したため、魅力的な代替品となりました。8080 の 7 つのレジスタとフラグ レジスタに加えて、Z80 には代替レジスタ セット、2 つの 16 ビット インデックス レジスタ、およびビット操作やブロック コピー/検索などの追加命令が搭載されていました。

もともと8080のような組み込みシステムでの使用を意図していたZ80は、互換性、手頃な価格、優れたパフォーマンスの組み合わせにより、1970年代後半から1980年代前半にかけてビデオゲームシステムや家庭用コンピュータで広く採用され、パーソナルコンピューティング革命の推進に貢献しました。Z80は、 Osborne 1、Radio Shack TRS-80、ColecoVision、ZX Spectrum、セガのマスターシステム、パックマンアーケードキャビネットなどの象徴的な製品で使用されました。ゲームギアやTI-83シリーズのグラフ電卓などのポータブルデバイスでも引き続き使用されました。^{[2] [3]}

Z80は、Intel 8080開発の中心人物であるフェデリコ・ファギンの発案によるものである。 1974年にIntelを去った後、ファギンはラルフ・ウンガーマンと共同でザイログ社を設立した。Z80は1976年7月に発売された。Z80からの収益で、同社は独自のチップ工場を建設した。^[4]ザイログは、初期生産を支援した米国のSynertekとMostek、および欧州のセカンドソース製造業者SGSにZ80のライセンスを供与した。この設計は、日本、東欧、ソビエトのさまざまな製造業者にもコピーされ、^[d] NEC、東芝、シャープ、日立などの大手企業がZ80の独自バージョンまたは互換クローンを製造したため、世界市場で受け入れられた。

Z80 は、導入後も改良を重ねながら、数十年にわたって組み込みシステムで使用されてきました。最新版のeZ80 は2001 年に導入され、現在も購入可能です。Zilog は、2024 年 4 月に Z80 の製造中止を発表し、約 50 年を経て、2024 年 6 月に正式に生産を終了しました。

物理学者でエンジニアのフェデリコ・ファギンはフェアチャイルドセミコンダクター、後にインテルでトランジスタと半導体製造の基礎技術に取り組んでいた。彼はまたインテルのメモリとマイクロプロセッサに使用される基本的な設計手法を開発し、インテル4004、インテル8080、その他いくつかのICの開発を主導した。嶋正敏はファギンの監督下で4004と8080の主任ロジックおよびトランジスタレベル設計者であり、ラルフ・ウンガーマンはカスタム集積回路の設計を担当した。^[5]

1974年初頭、インテルはマイクロプロセッサを単体で販売する製品としてではなく、主力製品であるスタティックRAMとROMを販売するための手段とみなしていた。組織再編により、以前は独立していた部門の多くがレス・ヴァダスの指揮下に置かれ、マイクロプロセッサの社内における地位はさらに薄れた。その年、1973年から1975年の不況がピークに達し、インテルは多くの従業員を解雇した。^[5]このことでファギンは落ち着かなくなり、アンガーマンを飲みに誘い、自分の会社を立ち上げる気があるかと尋ねた。アンガーマンはすぐに同意し、インテルでの仕事が減ったため、8月か9月にインテルを去り、ファギンもそれに続いた。ファギンのインテルでの最終日は1974年のハロウィンだった。^[6]島はそれを聞いて、自分も新しい会社に来たいと申し出たが、実際の製品設計も資金もなかったため、待つように言われた。^[7]

新しく設立された無名の会社は、当初2001 と呼ばれるシングルチップマイクロコントローラの設計を開始しました。彼らはSynertekと会い、彼らの製造ラインでの製造について話し合いました。Faggin がコストを理解し始めると、このような低コストの製品では、Intel のように独自の製造ラインを持つ会社の設計と競合できないことが明らかになりました。そこで彼らは、当初 Super 80 と呼ばれていた、8080 などの設計で使用される一般的な -5、+5、および 12 V ではなく +5 V バス^{[7]を使用するという主な特徴を持つ、より複雑なマイクロプロセッサの検討を開始しました。新しい設計は 8080 と互換性があることを意図していましたが、}インデックス レジスタや改善された割り込みなど、 Motorola 6800の優れた機能の多くを追加しました。^[8]

設立間もない頃、業界ニュースレター「エレクトロニック・ニュース」が彼らのことを知り、新設された会社に関する記事を掲載した。これがエクソンのハイテク投資部門であるエクソン・エンタープライズの注目を集めた。当時は不況の真っ只中で、ベンチャーキャピタルはほとんどなく、1975年全体で業界全体で費やされた総額は1000万ドル（2023年の5700万ドルに相当）だった。エクソンの誰かがまだ名前の決まっていないこの会社に連絡を取り、^[7]会議を手配し、最終的に1975年6月に50万ドル（2023年の280万ドルに相当）の初期資金を提供することになった。^[9]

資金の調達と設計の検討が進められていたため、1975年2月に島が参加した。 ^[8]島はすぐに高水準の設計に着手し、独自のコンセプトをいくつか追加した。特に、NECの ミニコンピュータでの経験を生かして、割り込みに素早く応答できるようにプロセッサレジスタを2セット追加するというコンセプトを追加した。^{[6] [e]}アンガーマンは、設計を補完する一連の関連コントローラと周辺チップの開発を開始した。^[10]

この時期を通じて、島はロジックコンセプトをリアルタイムで物理設計に変換できるという伝説的な評判を築いた。提案された機能について話し合っているときに、彼はしばしば割り込み、それがチップ上でどれだけのスペースを占めるかを述べ、大きすぎる場合はその追加を拒否した。^[11]設計の最初のパスは1975年4月に完了した。島は5月初旬までにロジックレイアウトを完成させた。ロジック設計の2番目のバージョンは8月7日に発行され、バスの詳細は9月16日までに発行された。テープアウトは11月に完了し、テープを生産マスクに変換するのにさらに2か月を要した。^[12]

ファギンはすでに生産パートナーを探し始めていた。この頃までに、シナテックとモステクはどちらも、この設計を生産するために使用できる枯渇モード生産ラインを設置していた。以前シナテックと話したことがあったファギンは、最初に彼らにアプローチした。しかし、シナテックの社長は、同社にセカンドソースライセンスを与え、設計を直接販売することを許可するよう要求した。ファギンは、これでは自社で生産ラインを設置しても競争できないだろうと考え、契約は破談になった。その後、彼はモステクに目を向け、モステクはザイログが生産ラインを設置するまで独占契約に同意し、最終的にセカンドソース契約を結んだ。^[13]

新しい会社の名前をいくつも考えたが、どれも覚えにくく、1日経っても思い出せないことがわかったので、ファギンとアンガーマンは「統合ロジック」に基づいたアイデアを検討していたところ、アンガーマンが「ザイログはどうか」と言った。ファギンは即座に同意し、「統合ロジックの最終形」だと言えると述べた。翌日会って2人がすぐに思い出したとき、会社の名前が決まった。^[14]

最初のサンプルは1976年3月9日にMostekから返送されました。^[10]その月末までに、アセンブラベースの開発システムも完成しました。Z80のサポートおよび周辺ICの一部はこの時点で開発中であり、その多くは翌年に発売されました。その中には、Z80 CTC（カウンター/タイマー）、Z80 DMA ^[15]（直接メモリアクセス）、Z80 DART（デュアル非同期受信機-送信機）、Z80 SIO（同期通信コントローラー）、およびZ80 PIO（パラレル入出力）がありました。

Z80 は 1976 年 7 月に正式に発売されました。^[16]最初の顧客の 1 人は、ザイログには知られていない NEC のバイヤーでした。当時、日本のエレクトロニクス企業は米国のチップ設計を無許可で製造することで有名でした。ザイログのチームはこれを懸念しており、ファギンはトランジスタを追加して、目視検査で推測される動作とは異なる動作をするように微妙に変更するというアイデアを思いつきました。島は設計の周囲にこのような「罠」を 6 つ追加しました。しばらくして、島は NEC のエンジニアから、罠のせいで模倣作業が 6 か月遅れたと聞かされました。^[17]

発売が成功したことで、ファギンとアンガーマンはエクソンにアプローチし、独自の工場を建設するための資金を求めた。エクソンは同意し、ザイログは急速に生産ラインを構築した。これにより、ザイログはZ80の販売で市場全体の約60～70%を獲得することができた。^[18]自社の生産ラインが稼働したことで、モステクは自社バージョンのMK3880の販売を開始する許可を得た。これは、インテルにはないセカンドソースを顧客に提供した。当時、ザイログのような新興企業は倒産し、潜在的な顧客を失う可能性があるため、セカンドソースは非常に重要と考えられていた。^{[8] [f]}

ファギンは命令セットを8080とバイナリ互換になるように設計した^{[19] [20]。}これにより、ほとんどの8080コード、特にCP/M オペレーティングシステムとIntelの8080用PL/Mコンパイラ（およびその生成コード）が、新しいZ80 CPUで変更せずに実行できるようになった。嶋正敏は、少数のエンジニアとレイアウト担当者の支援を受けて、Z80 CPUのマイクロアーキテクチャとゲートおよびトランジスタレベルのほとんどを設計した。^{[21] [22]} CEOのフェデリコ・ファギンは、2人の専任レイアウト担当者とともに、チップレイアウト作業に深く関わっていた。ファギンによると、彼は金融投資家から与えられた厳しいスケジュールを満たすために、週に80時間働いていたという。^[4]

Z80は8080に比べて多くの改良が施された。^[20]

• 強化された命令セットには以下が含まれます。
  • より論理的で、理解しやすく、読みやすいアセンブラ命令ニーモニックシステム
  • より柔軟な16ビットデータ移動（ロード、またはLD）命令、特にスタックポインタSPを含む
  • 外部周辺ポートへの入出力のためのより柔軟なアドレス指定モード
  • ビットテストを含むすべてのレジスタとメモリのシングルビットアドレス指定
  • アキュムレータ以外のメモリとレジスタをシフト/回転する
  • 改良され、より正確な（以前の8080より）BCD演算
  • メモリ内のBCD数値文字列の回転命令
  • 16ビット減算と8ビット否定
  • プログラムループ
  • プログラムカウンタ（PC）相対ジャンプ
  • ブロックコピー、ブロック入出力（I/O）、バイト検索命令などがある。^[23]
• 符号付き 8 ビットおよび 16 ビット演算をより適切にサポートするオーバーフロー フラグ。^[g]
• 直接ベース+オフセットアドレッシング命令を備えた新しいIXおよびIYインデックスレジスタ
• より優れた割り込みシステム:
  • より自動化され汎用的なベクトル化割り込みシステムであるモード2は、主にZilogのカウンタ/タイマー、DMA、通信コントローラのラインを対象としており、固定ベクトル割り込みシステムであるモード1は最小限のハードウェアを備えたシンプルなシステムを対象としています（モード0は8080互換モードです）。^[24]
  • マスク不可能割り込み (NMI)。電源オフ状況やその他の高優先度イベントに応答するために使用できます (また、最小限の Z80 システムでモード 1の 2 レベル割り込み方式を簡単に実装できます)。
• 完全な複製レジスタファイル^[25]は、高速非同期イベントハンドラやマルチタスクディスパッチャなどの割り込みへの応答を高速化するために、すばやく切り替えることができます。これらは一般的なコード用の追加レジスタとして意図されたものではありませんでしたが、一部のアプリケーションではそのように使用されていました。^[h]
• 電源、クロック生成、メモリおよびI/Oへのインターフェースに必要なハードウェアが少なくなります。
• 単一の 5 ボルト電源 (8080 には -5 V、+5 V、および +12 V が必要)。
• 単相 5 ボルト クロック (8080 には、高振幅 (9 ～ 12 ボルト) の重複しない2 相クロックが必要でした)。
• 内蔵DRAM リフレッシュ。より高価で密度が低い（ただし高速）SRAMを使用しない限り、外部回路が必要になります。^[i]
• 非多重化バス (8080 では状態信号がデータ バスに多重化されていました)。
• プログラムカウンタのみをゼロにする特殊なリセット。これにより、単一のZ80 CPUをインサーキットエミュレータなどの開発システムで使用できるようになります。^[26]

Z80はプロセッサ市場で8080とその子孫である8085を引き継ぎ^[27]、最も人気があり広く使用されている8ビットCPUの1つとなった。^{[28] [29]} British Telecomなどの一部の組織は、8085とそのオンチップシリアルインターフェイスおよび割り込みアーキテクチャに精通していたため、組み込みアプリケーションでは8085に忠実であり続けた。同様に、Zenith Data Systemsは、先駆的なZ80ベースのHeathkit H89およびZenith Z-89製品の経験があったにもかかわらず、最初のMS-DOSコンピュータであるZenith Z-100で8085と16ビットIntel 8088を組み合わせた。しかし、他の CPU と Z80 を統合したコンピュータも作られました。たとえば、モトローラ 68000を搭載したRadio Shack TRS-80 Model 16、8088を搭載したDEC Rainbow、MOS Technology 8502を搭載したCommodore 128などです。

Zilog はその後、1980 年代初頭に成長したラップトップ コンピュータ市場に適した低電力の Z80 を生産しました。Intel は、 1983 年 4 月に京セラが設計したラップトップなどのバッテリー駆動のポータブル コンピュータで使用される CMOS 8085 (80C85) を生産しました。このラップトップは Tandy ( TRS-80 Model 100として)、Olivetti、および NEC でも販売されました。しかし、その後の数年間で、CMOS バージョンの Z80 (Zilog と日本のメーカーの両方から提供) が、Amstrad NC100、Cambridge Z88、および Tandy 独自の WP-2 などの製品でこの市場を独占するようになりました。

おそらく、Z80 の初期の成功の鍵は、少なくともCP/Mやその他のオフィスや家庭用コンピュータなどの市場では、内蔵 DRAM リフレッシュ機能だったのでしょう。(Z80組み込みシステムのほとんどは、リフレッシュを必要としないスタティック RAM を使用しています。) また、最小限の 2 レベル割り込みシステム、または逆に、複数の Z80 IO チップのサービスに便利な汎用のマルチレベル デイジー チェーン割り込みシステムだった可能性もあります。これらの機能により、サポート ハードウェアが少なく、回路基板のレイアウトが簡単なシステムを構築できました。

しかし、その人気は、レジスタの少ない8ビットCPUに比べて、高速なコンテキストスイッチや浮動小数点演算などの処理を効率的に行える重複レジスタによるものだと主張する人もいる。(Z80は、HL'HL、DE'DE、BC'BCを32ビットレジスタとして使用して、そのような数値を内部的に複数保持できるため、計算中に低速のRAMからアクセスする必要がなくなる。) ^[30]

オリジナルのNMOS設計では、規定のクロック周波数の上限は、導入当初の2.5MHzから 、よく知られている4MHz（Z80A）を経て、6MHz（Z80B）、8MHz（Z80H）まで順次増加した。^{[31] [32]} NMOSバージョンは、1980年代後半から10MHzの部品として生産されている。CMOSバージョンは、現在販売されているバージョンでは4MHzから20MHzの範囲の上限周波数で開発された。CMOSバージョンでは、内部状態を保持した低電力スタンバイが可能で、下限周波数はなかった。^[j]完全に互換性のある派生製品であるHD64180 / Z180 ^{[33] [34]}とeZ80は、現在、それぞれ最大33MHzと50MHzに規定されている。

Z80 のプログラミング モデルとレジスタ セットは、かなり従来型で、最終的にはDatapoint 2200のレジスタ構造に基づいています。Z80 は、同じエンジニアによって作成された Intel 8080 の拡張として設計されました。Intel 8080 は、 8008の拡張でした。8008は、基本的にDatapoint 2200 の TTL ベースの CPU のPMOS実装でした^。[k]

2200 の設計では、8 ビット レジスタ H と L (高と低) を 16 ビット アドレス レジスタ HL にペアリングすることができました。^[l] 8080 では、このペアリングが BC と DE のペアにも追加され、HL はアドレス レジスタとしてだけでなく、16 ビット アキュムレータとして使用できるように一般化されました。8080 では、BC、DE、HL、および SP ロード用の 16 ビットの即時データも導入されました。さらに、直接アドレスを使用して、HL とメモリ間で直接 16 ビット コピーが可能になりました。

Z80 は、IX と IY を含むすべての 16 ビット レジスタ ペアをより汎用的にし、これらすべてのペアについてメモリとの間で直接 16 ビット コピーを可能にすることで、これをさらに直交化しました。Z80 の 16 ビット IX および IY レジスタは、主にベース アドレス レジスタとして意図されており、特定の命令が前の値に追加される定数オフセットを提供しますが、16 ビット アキュムレータなどとしても使用できます。制限は、IX または IY を含むすべてのオペランド参照には追加の命令プレフィックス バイトが必要であり、代わりに HL を使用する命令のタイミングに少なくとも 4 クロック サイクルが追加されることです。これにより、IX または IY を使用すると、8080 モデルのレジスタのみを使用する方法よりも効率が低下する場合があります。Z80 では、新しい符号付きオーバーフロー フラグも導入され、8080 のかなり単純な 16 ビット演算を、符号付き16 ビット演算専用の命令で補完しました。

8080互換レジスタAF、BC、DE、HLはZ80では別のレジスタファイルとして複製されており、^[36]プロセッサはバンク間を素早く切り替えることができる（4つのtステート、Z80命令の最短実行時間）。^[37]これは、シングルレベルの高優先度割り込みへの応答を高速化するために役立つ機能である。同様の機能は2200にも存在したが、Intelでは実装されなかった。デュアルレジスタセットは割り込み処理のパフォーマンスを向上させるため、組み込み用途では非常に有用であるが、浮動小数点演算や家庭用コンピュータゲームなどの複雑なコード用の追加の汎用レジスタセットとしてパーソナルコンピュータ用途でも広く使用されている。

重複レジスタ ファイルは、多くの場合、「代替レジスタ セット」と呼ばれます (アセンブラ ソース コードと Zilog ドキュメントでは、アポストロフィ文字が使用されているため、「プライム」レジスタ ファイルと呼ばれることもあります)。これは、一度に 1 つのセットのみがアドレス指定可能であることを強調しています。ただし、フラグ レジスタ F を持つ 8 ビット アキュムレータ A は、「汎用」レジスタ ペア HL、DE、および BC から分岐しています。これは、アクセス可能性を交換するために使用される 2 つの別々の命令によって実現されます。命令は、EX AF,AF'レジスタ ペア AF のみを AF' と交換し、EXX命令は 3 つの汎用レジスタ ペア HL、DE、および BC を代替レジスタ HL'、DE'、および BC' と交換します。したがって、アキュムレータ A は、代替 (またはプライム) レジスタ ファイル内の汎用 8 ビット レジスタのいずれかと独立して対話できます。または、HL' にメモリへのポインタが含まれている場合は、そのバイトと対話できます (DE' と BC' は、メモリとアキュムレータ A 間で 8 ビット データを転送することもできます)。

これは、実行後EX AF,AF'、EXX以前は代替 (プライム) レジスタだったものがメイン レジスタになり、その逆も起こるため、プログラマーにとって混乱を招く可能性があります。プログラマーがコンテキスト内にあるセット (複数可) を確認する唯一の方法は (アセンブラ ソース テキストを精査しながら「コンピューターを操作」しているとき、またはさらに悪いことに、デバッガーでコードを精査しているとき)、プログラムの各ポイントで各レジスタ スワップが行われた場所をトレースすることです。明らかに、これらのコード セグメント内でジャンプや呼び出しが多数行われると、注意深くコメントを付けない限り、どのレジスタ ファイルがコンテキスト内にあるかを判断するのがすぐに難しくなります。したがって、交換命令は直接、短い個別のコード セグメントで使用することをお勧めします。Zilog Z280 命令セットには、代替レジスタがコンテキスト内にある場合に宛先アドレスにジャンプする命令JAFが含まれていますJAR(したがって、このプログラミングの複雑さが正式に認識されています)。

Zilog Z80レジスタ

1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 (ビット位置) メインレジスター アキュムレータ（A） 旗（F） AF B Ｃ 紀元前 だ え ドイツ H ら HL 代替（シャドウ）レジスタ アキュムレータ（A'） 旗（F'） AF ' B' C' 紀元前' D' え DE ' H' L' HL ' インデックスレジスタ インデックスX 9 章 インデックスY 私Y スタックポインタ スペース その他のレジスター   割り込みベクトル 私   カウンターを更新 R プログラムカウンタ プログラムカウンタ パソコン ステータスレジスタ   S ず - H - P / V いいえ Ｃ Fラグ

8080と同様に、8ビットレジスタは通常ペアになって16ビットバージョンを提供します。8080互換レジスタ^[38]は次のとおりです。

• AF: 8ビットのアキュムレータ（A）とフラグビット（F）キャリー、ゼロ、マイナス、パリティ/オーバーフロー、ハーフキャリー（BCDに使用）、およびBCD用の加算/減算フラグ（通常Nと呼ばれる）
• BC: 16ビットデータ/アドレスレジスタまたは2つの8ビットレジスタ
• DE: 16ビットデータ/アドレスレジスタまたは2つの8ビットレジスタ
• HL: 16ビットアキュムレータ/アドレスレジスタまたは2つの8ビットレジスタ
• SP:スタックポインタ、16ビット
• PC: プログラムカウンタ、16ビット

Z80 で導入された新しいレジスタは次のとおりです。

• IX: 8ビットの即値オフセット用の16ビットのインデックスまたはベースレジスタ
• IY: 8ビットの即値オフセット用の16ビットのインデックスまたはベースレジスタ
• I: 割り込みベクトルベースレジスタ、8ビット
• R: DRAMリフレッシュカウンタ、8ビット（MSBはカウントしない）
• AF': 代替（またはシャドウ）アキュムレータとフラグ（EX AF、AF'で切り替え）
• BC'、DE'およびHL': 代替（またはシャドウ）レジスタ（EXX で切り替え）
• 割り込みステータスと割り込みモードステータスの4ビット

リフレッシュレジスタ は、RCPU がオペコード (または内部的に 1 バイトの命令のように実行されるオペコード プレフィックス) をフェッチするたびに増加し、プログラムの実行とは単純な関係がありません。これは、ゲームで疑似乱数を生成するために使用されることがあり、ソフトウェア保護スキームでも使用されます。^[要出典]また、一部の設計では「ハードウェア」カウンターとしても使用されています。この例としては、ラップ アラウンド時に割り込みをトリガーすることによって (INT を A6 に接続することによって)、テレビ画面上の文字の位置を追跡できるZX81があります。

割り込みベクターレジスタ は、Z80I固有のモード 2 割り込み (命令によって選択) に使用されます。これは、割り込み確認サイクル中に CPU に送信されるインデックスによって選択される128 エントリのサービスルーチンIM 2アドレステーブルのベースアドレスの上位バイトを提供します。このインデックスは、サービスルーチンを指す表形式の間接アドレスへのポインタの下位バイト部分にすぎません。^[24]ポインタは、特定の周辺チップまたは周辺機能またはイベントを識別します。チップは通常、優先順位の解決のためにいわゆるデイジーチェーンで接続されています。リフレッシュレジスタと同様に、このレジスタも創造的に使用されることがあります。割り込みモード 0 および 1 (または割り込みを使用しないシステム) では、単なる別の 8 ビットデータレジスタとして使用できます。

命令はLD A,R、LD A,I他のすべての（ロード）命令とは異なり、Z80フラグレジスタに影響を与えますLD。サイン（ビット7）とゼロ（ビット6）フラグは、リフレッシュまたは割り込みソースレジスタからロードされたデータに応じて設定されます。両方の命令において、パリティ/オーバーフローフラグ（ビット2）は、IFF2フリップフロップの現在の状態に応じて設定されます。^[39]

Z80は一般的に8ビットCPUと考えられていますが、4ビットALUを備えているため、計算は2段階で行われます。^[40]

最初の Intel 8008アセンブリ言語は、Datapoint 2200 設計から継承された非常に単純な (しかし体系的な) 構文に基づいていました。この元の構文は、後にこの同じ元の 8008 チップ用に、新しい、やや伝統的なアセンブリ言語形式に変換されました。ほぼ同じ時期に、新しいアセンブリ言語は、より高度な Intel 8080 チップの追加のアドレス指定モードに対応するように拡張されました (8008 と 8080 は、バイナリ互換性のない言語サブセットを共有していましたが、8008 は Datapoint 2200 とバイナリ互換性がありました)。

このプロセスで、 LOADLのニーモニックは、 LOAD、STORE、MOVEという単語のさまざまな略語に置き換えられ、他の記号文字が混在しました。メモリ(HL によって参照される)のニーモニック文字は、命令ニーモニック内から取り出されて構文的に独立したオペランドになりましたが、レジスタとレジスタの組み合わせは、省略されたオペランド (MVI D、LXI H など) によって、または命令ニーモニック自体内で (LDA、LHLD など)、または同時に両方 (LDAX B、STAX D など) で示されるという非常に一貫性のない表記になりました。 M

同等の、または（8086の場合）非常に類似したロードおよびストア命令のサンプルを使用した4つの構文の図解。^[41] Z80構文では、式を括弧で囲んで、値をメモリアドレスとして使用することを示します（後述）。一方、8086構文では、この目的で通常の括弧ではなく角括弧を使用します。Z80と8086はどちらも、定数がベースレジスタに追加されてアドレスが形成されることを示すために+記号を使用します。8086はZ80の完全なスーパーセットではないことに注意してください。BXは、ポインターとして使用できる唯一の8086レジスタペアです。

インテルはアセンブリニーモニックの著作権を主張したため、^[42] Z80用に新しいアセンブリ構文を開発する必要がありました。今回はより体系的なアプローチが採用されました。

• すべてのレジスタとレジスタペアは、完全な名前で明示的に示されます。
• 括弧は、1 つのジャンプ命令 JP (HL) を除いて、一貫して「メモリの内容」(定数アドレスまたは変数ポインタの逆参照) を示すために使用されます。JP (XY) は、新しい PC アドレスをロードする JP (HL) の単なるバリエーションです。^[n]
• すべてのロードおよびストア命令は、LOAD に対して同じニーモニック名 LD を使用します (単純な Datapoint 2200 の用語に戻ります)。ADD や INC などの他の一般的な命令は、アドレス指定モードやオペランド サイズに関係なく、同じニーモニックを使用します。これは、オペランド自体に十分な情報が含まれているため可能です。

これらの原則により、すべての新しい Z80 命令の名前と形式、および などの古い命令の直交化を簡単に見つけられるようになりましたLD BC,1234。

命名の違いを除けば、また基本的なレジスタ構造に一定の相違があるにもかかわらず、Z80と8086の構文は命令の大部分で実質的に同型である。8080と8086のアセンブリ言語の間にはごく表面的な類似点（MOVという単語や拡張レジスタを表すXという文字など）しか存在しないが、8080プログラムはトランスレータプログラムによって8086アセンブリ言語に変換できる。^{[44] [45]}

Z80 は、利用可能な 256 個のコードのうち 252 個を 1 バイトのオペコードとして使用します (「ルート命令」のほとんどは 8080 から継承されています)。残りの 4 つのコードは、オペコード プレフィックスとして広く使用されています: ^[46] CB と ED は追加命令を有効にし、DD または FD はそれぞれ IX+d または IY+d (場合によっては変位 d なし) を HL の代わりに選択します。この方式により、Z80 には多数の命令とレジスタの組み合わせが与えられます。Zilog は、これらを 158 個の異なる「命令タイプ」に分類し、そのうち 78 個は Intel 8080 のものと同じです^[46] (すべての 8080 プログラムを Z80 で操作できます)。 Zilogのドキュメント^[47]では、命令をさらに次のカテゴリに分類しています（ほとんどは8080からのものですが、ブロック命令やビット命令のように完全に新しいものや、16ビットロード、I/O、回転/シフト、相対ジャンプなど、より汎用性の高いアドレス指定モードを備えた8080命令もあります）。

• ロードと交換
• ブロック転送と検索
• 算術と論理
• 回転とシフト
• ビット操作（セット、リセット、テスト）
• ジャンプして、呼んで、戻る
• 入力/出力
• 基本的なCPU制御

オリジナルのZ80では明示的な乗算命令は利用できませんが^[48]、レジスタAとHLはADD A,AとADD HL,HL命令で2の累乗で乗算できます（IXとIYも同様）。シフト命令でも2の累乗で乗算または除算できます。

8080 のフラグ変更プロパティのほとんどがコピーされたため、さまざまなサイズと種類の加算、シフト、回転はフラグに多少異なる影響を与えます。ただし、8080 のパリティ フラグ ビット P (ビット 2) は、2 の補数オーバーフロー インジケータという追加の目的を果たすため、Z80 では P/V (パリティ/オーバーフロー) と呼ばれます。この機能は 8080 には存在しません。Z80 の算術命令は、これをパリティではなくオーバーフローを示すように設定しますが、ビット単位の命令では、これを依然としてパリ​​ティ フラグとして使用します。 (これにより、Z80 と 8080 用に記述されたコードとの間に微妙な非互換性が生じます。Z80 では、8080 がパリティを示すところで符号付きオーバーフローを示すことがあり、実用的な 8080 ソフトウェアのロジックが Z80 では機能しなくなる可能性があります。^[o] ) この新しいオーバーフロー フラグは、すべての新しい Z80 固有の 16 ビット操作 ( ADC、SBC) と 8 ビット算術操作に使用されますが、8080 から継承された 16 ビット操作 ( ADD、INC、DEC) はこれに影響を与えません。また、フラグ レジスタのビット 1 (8080 では予備のビット) は、実行された最後の算術命令が減算であったか加算であったかを示すフラグ N として使用されます。 Z80 バージョンのDAA命令 (BCD 演算用の 10 進調整アキュムレータ) は N フラグをチェックし、それに応じて動作します。そのため、(仮定上の) 減算の後に を実行すると、古い 8080 では Z80 とは異なる結果になります。ただし、 8080 では加算のみに定義されている DAAため、このコードは 8080 ではエラーになる可能性があります。DAA

Z80にはLD、8080とは異なり、メモリからDE、BC、SPレジスタペアをロードしたり、これら3つのレジスタペアからメモリをロードしたりできる6つの新しい命令があります。^[41] 8080と同様に、ロード命令はフラグに影響を与えません（特殊目的のIおよびRレジスタロードを除く）。通常のエンコード（8080と共通）の結果、8ビットレジスタのそれぞれをそれ自体からロードできます（例LD A,A：）。これは事実上、ですNOP。

新しいブロック転送命令は、メモリからメモリへ、またはメモリとI/O周辺ポートの間で最大64キロバイトを移動できます。ブロック命令と（ロードLDIR、LDDRインクリメント/デクリメント、リピート）は、 HLを使用してソースアドレスを、DEを使用して宛先アドレスを、BCをバイトカウンタとして使用します。バイトはソースから宛先にコピーされ、ポインタがインクリメントまたはデクリメントされ、バイトカウンタはBCがゼロになるまでデクリメントされます。非繰り返しバージョンとでは、1バイトを移動してポインタとバイトカウンタを増やします。バイトカウンタがゼロになると、P/Vフラグがリセットされます。対応するメモリからI/Oへの命令、、、、、、、、およびは、バイトカウンタとしてBCではなくBが使用されることを除いて、同様に動作します。 ^{[49] [50]} Z80は、レジスタCを使用してポートを指定することにより、任意のレジスタをI/Oポートに入出力できます。 (8080 は、命令で指定された直接ポート アドレスを使用して、アキュムレータ A を介してのみ I/O を実行します。可変の 8080 ポート アドレスを使用するには、自己変更コード手法が必要です。) LDILDDINIRINDROTIROTDRINIINDOUTIOUTD

最後のブロック命令のグループは、CP(HL) のバイトとアキュムレータ A の比較演算を実行します。レジスタ ペア DE は使用されません。繰り返しバージョンCPIRと は、 BC がゼロになるか一致が見つかった場合にのみ終了します。HL は、一致するバイトの後 ( ) または前 ( ) のCPDRバイトを指したままになります。一致が見つからない場合は、Z フラグがリセットされます。繰り返しのないバージョンと があります。 CPIRCPDRCPICPD

8080 とは異なり、Z80 は符号付き 8 ビット変位を使用して、相対アドレス (JRではなく) にジャンプできます。これらの新しい 2 バイト命令では、ゼロ フラグとキャリー フラグのみをテストできます。(8080 のすべてのジャンプと呼び出しは、条件付きかどうかに関係なく、3 バイト命令です。) プログラム ループ専用の 2 バイト命令も Z80 の新機能です: ( d ecrement j ump if n on- z ero) は、符号付き 8 ビット変位を即値オペランドとして受け取ります。B レジスタがデクリメントされ、結果がゼロ以外の場合、プログラム実行は PC を基準としてジャンプします。フラグは変更されません。8080 で同等のループを実行するには、別個の条件付きジャンプ (2 バイトの絶対アドレスへ) 命令 (合計 4 バイト) が必要で、 によってフラグ レジスタが変更されます。 JPJRDJNZDECDEC

インデックス レジスタ (IX/IY、XY と略されることが多い) 命令は、固定の異種構造 (レコードなど) に編成されたデータや、可変ベース アドレスに対する固定オフセット (再帰 スタック フレームなど) にあるデータにアクセスする場合に便利です。また、インデックスのないレジスタを使用する複数の短い命令が不要になるため、コード サイズを削減することもできます。ただし、より単純な操作の長くて複雑な「同等の」シーケンスと比較すると、状況によっては速度が節約される場合もありますが、CPU 時間が大幅に追加されます (たとえば、1 つのインデックス付きメモリ位置にアクセスするには 19 の T 状態が必要ですが、HL を使用して同じメモリにアクセスし、INC次のメモリを指すには 11 の T 状態が必要です)。したがって、データの単純または線形アクセスの場合、IX と IY を使用すると速度が遅くなり、メモリを多く占有する傾向があります。それでも、レジスタの保存/復元が不要になるため、「メイン」レジスタがすべて使用されている場合には便利です。公式には文書化されていない 8 ビットの半分 (下記参照) は、このコンテキストで特に役立ちます。16 ビットの親よりも速度低下が少ないためです。同様に、16 ビット加算の命令は、オリジナルの Z80 では特に高速 (11 クロック) ではありません (8080/8085 よりも 1 クロック遅い)。それでも、8 ビット操作を使用して同じ計算を実行するよりも約 2 倍高速であり、同様に重要な点として、レジスタの使用量が減ります。プログラマがインデックス付き命令に異なるオフセット変位バイト (通常は動的に計算される) を「挿入」することは珍しくありませんでした。これは自己変更コードの例であり、パイプライン化されていない実行ユニットを備えたほぼすべての初期の 8 ビット プロセッサで一般的な方法でした。

インデックス レジスタにはJP (HL)、 と並列の命令である があります。これは、ForthJP (XY)などのスタック指向言語でよく見られます。Forth では、すべての Forth ワード (言語を構成するアトミック サブルーチン) の終了時に、スレッド インタープリタ ルーチンに無条件にジャンプして戻る必要があります。通常、このジャンプ命令はアプリケーションで何百回も出現し、ではなくを使用すると、出現ごとに 1 バイトと 2 つの T 状態が節約されます。これにより、当然、インデックス レジスタは他の用途には使用できなくなります。そうしないと、インデックス レジスタを常にリロードする必要があり、効率が悪くなります。 JP (XY)JP THREAD

10 年ほど新しいマイクロコード化されたZ180設計では、当初は「チップ領域」を広くとることができ、より効率的な実装 (とりわけ、より広いALUの使用) が可能でした。同様のことはZ800、Z280、Z380にも言えます。しかし、これらの命令が技術的に可能な限りのサイクル効率 (つまり、Z80 エンコーディングとクロック サイクルごとに8ビットの読み取りまたは書き込みを行う機能の組み合わせ) を実現したのは、2001 年に完全にパイプライン化された eZ80 が発売されてからでした。^{[引用が必要]}

インデックスレジスタ IX と IY は、メモリ、スタックフレーム、およびデータ構造を操作する能力を強化する、柔軟な 16 ビットポインタとして意図されていました。公式には、これらは 16 ビットとしてのみ扱われていました。実際には、これらは 8 ビットレジスタのペアとして実装され、^[51] HL レジスタと同じ方法で、16 ビットとして、またはHighおよび Low レジスタとして個別にアクセスできます。バイナリオペコード (マシン語) は同じでしたが、新しいオペコードプレフィックスが先行していました。[52] Zilog は、意図された機能のオペコードと関連ニーモニックを公開しましたが、H およびLレジスタの^操作を可能にするすべてのオペコードが IX および IY レジスタの 8 ビット部分に対して等しく有効であるという事実を文書化していませんでした。たとえば、オペコード 26h の後に即値バイト値が続くと、(LD H,n)その値が H レジスタにロードされます。この2バイト命令の前にIXレジスタのオペコードプレフィックスDDを付けると、IXレジスタの最上位8ビットに同じ値がロードされることになります。 注目すべき例外は、LD H,(IX+d)HLとIXまたはIYレジスタの両方を同じ命令で使用する類似の命令です。^[52]この場合、DDプレフィックスは命令の(IX+d)部分にのみ適用されます。 XYレジスタの半分には、8ビットの算術、論理、比較命令のオペランドを保持することもできるため、通常の8ビットレジスタは他の用途に使用できます。 ドキュメント化されていないインデックスレジスタの上位半分を増分および減分する機能により、ドキュメント化されているADD/SBC XY,DEまたはに頼ることなく、通常のインデックス付き命令の範囲を簡単に拡張できましたADD/SBC XY,BC。

他にも文書化されていない命令がいくつかあります。^[53]文書化されていない、または不正なオペコードはZ80では検出されず、さまざまな効果があり、そのうちのいくつかは有用です。ただし、それらは命令セットの正式な定義の一部ではないため、Z80の異なる実装がすべての文書化されていないオペコードに対して同じように動作することは保証されていません（特にそうではありません）。

このOTDR命令はZ80のドキュメントに準拠していません。命令OTDRとOTIR命令は両方ともキャリー（C）フラグを変更しないままにしておくことになっています。OTIR命令は正しく動作しますが、命令の実行中にOTDR、キャリーフラグはアキュムレータ（A）と命令の最後の出力との間の誤った比較の結果を取得しますOTDR。^[54]

次の Z80 アセンブリ ソース コードは、memcpy指定されたサイズのデータ​​ バイトのブロックをある場所から別の場所にコピーする という名前のサブルーチンのコードです。重要: サンプル コードでは、宛先ブロックがソースと重なるケースは処理されません。これは重大な制限ですが、ソースが ROM にあり、宛先が RAM にある場合など、一部のアプリケーションでは無関係な制限であり、これらのソースが重なることはありません。データ ブロックは一度に 1 バイトずつコピーされ、データの移動とループ ロジックでは 16 ビット操作が使用されます。このコードではさまざまな命令が示されていますが、実際にはこのようにコード化されることはありません。Z80 には、このサブルーチン全体を置き換える 1 つの命令があるためです: LDIR。サンプル コードでは、46 T ステートごとに 1 バイトが移動します。LDIR命令を置き換えると、各バイトは 21 T ステートでのみ移動します。アセンブルされたコードは、Intel 8080 および 8085 CPU とバイナリ互換であることに注意してください。

各命令は、通常マシンサイクル（Mサイクル）と呼ばれるステップで実行され、各サイクルは3〜6クロック周期（Tステート）かかります。^{[55]各Mサイクルは、おおよそ1回のメモリアクセスまたは内部操作に対応します。多くの命令は、実際には}次の命令のM1中に終了し、これはフェッチ/実行オーバーラップとして知られています。

Z80 のマシン サイクルは、コンテキストに応じて 3、4、5、または 6 つの T ステートから各 M サイクルを構築する内部ステート マシンによって順序付けされます。これにより、面倒な非同期ロジックが回避され、制御信号が幅広いクロック周波数で一貫して動作します。また、マシン サイクルをこのように細分化しない場合よりも高い周波数の水晶を使用する必要があります (約 2 ～ 3 倍高い)。これは、メモリ アクセス時間の要件が厳しくなることを意味するものではありません。高解像度のクロックにより、メモリ タイミングをより正確に制御できるため、メモリを CPU と並行してアクティブにできる範囲が広がり、利用可能なメモリ帯域幅をより効率的に使用できるようになります。^{[引用が必要]}

その代表的な例が、オペコード フェッチの場合、Z80 は 2 つの完全なクロック サイクルをメモリ アクセス期間 (M1 信号) に結合することです。Z80 では、この信号は、6800や6502などの設計よりも、典型的な命令実行時間の比較的長い部分にわたって持続します。6800 や 6502 などの設計では、この期間は通常、クロック サイクルの 30 ～ 40% 続きます。^[要出典]メモリ チップの価格 (つまり、1980 年代のアクセス時間は約 450 ～ 250 ns ^[要出典] ) によって通常は最速のアクセス時間が決まるため、このような設計は Z80 よりも大幅に長いクロック サイクル (つまり、内部クロック速度が低い) に固定されていました。

メモリは、現代のマイクロプロセッサで使用されるステート マシン サブサイクル (クロック サイクル) と比較すると、一般的に低速でした。そのため、組み込み設計で安全に使用できる最短のマシン サイクルは、CPU の最大周波数ではなく、メモリ アクセス時間によって制限されることがよくありました (特に家庭用コンピュータの時代)。ただし、この関係は過去数十年の間に、特にSRAMに関して徐々に変化しており、eZ80 などのキャッシュレスのシングル サイクル設計が最近非常に有意義なものになっています。

リフレッシュレジスタRの内容は、CPUがフェッチした命令をデコードして実行している間、リフレッシュ制御信号とともにアドレスバスの下位半分に送信されます。リフレッシュ中は、割り込みレジスタIの内容がアドレスバスの上位半分に送信されます。^[62]

Zilog は Z80 用に多数の周辺部品を導入しました。これらはすべて Z80 の割り込み処理システムと I/O アドレス空間をサポートしています。これらには、カウンター/タイマー チャネル (CTC)、^[63] SIO (シリアル入出力)、DMA (直接メモリ アクセス)、PIO (パラレル入出力)、DART (デュアル非同期受信機 - 送信機) が含まれます。製品ラインが開発されるにつれて、これらのチップの低電力、高速、CMOSバージョンが導入されました。

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  ピオZ84C2008
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  CTC Z84C3008
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  SIOTZ84C4008 について

8080、8085、8086プロセッサと同様だが、モトローラ6800やMOSテクノロジー6502などのプロセッサとは異なり、Z80と8080にはI/O命令用の独立した制御ラインとアドレス空間がある。Osborne 1などの一部のZ80ベースのコンピュータは「モトローラスタイル」のメモリマップされた入出力デバイスを使用していたが、通常、I/O空間はZ80と互換性のある多くのZilog周辺チップの1つをアドレス指定するために使用されていた。I/O読み取りまたはI/O書き込み操作のタイミング中に、Z80によって1つの待機サイクルが自動的に挿入される。^[64] Zilog I/Oチップは、多数の周辺機器の割り込み処理を簡素化するZ80の新しいモード2割り込みをサポートした。

Z80は公式には16ビット（64KB）のメモリアドレッシングと8ビット（256ポート）のI/Oアドレッシングをサポートしていると説明されていた。すべてのI/O命令は実際には16ビットのアドレスバス全体をアサートする。OUT (C),regとIN reg,(C)は16ビットBCレジスタ全体の内容をアドレスバスに配置する。^[54] OUT (n),AとIN A,(n)はAレジスタの内容をアドレスバスのb8～b15に配置し、nをアドレスバスのb0～b7に配置する。設計者はこの機能を利用するためにI/O操作時に16ビットアドレスバス全体をデコードするか、アドレスバスの上位半分を使用してI/Oデバイスのサブ機能を選択するかを選択できる。この機能は、Amstrad CPC / PCWやZX81などでデコードハードウェア要件を最小限に抑えるためにも使用されている。

Zilog 向けに最初の Z80 を製造した Mostek は、 MK3880 としてセカンドソースとして提供しました。SGS-Thomson (現在のSTMicroelectronics ) も Z8400 でセカンドソースでした。シャープとNEC は、それぞれ LH0080 とμPD780C というNMOS Z80 のセカンドソースを開発しました。LH0080 は、ソニーの MSXコンピュータやシャープ MZシリーズの多くのコンピュータなど、シャープや他の日本メーカーが製造したさまざまな家庭用コンピュータやパーソナルコンピュータに使用されました。^[65]シャープは、それぞれ 4 MHz と 6 MHz の周波数で動作する LH0080A と LH0080B を開発しました。^[66]シャープは、 Z80 DMA と互換性のある LH0083 ^{[67]も開発しました。}

東芝はCMOS版のTMPZ84C00を製造したが、これはZilogが自社のCMOS Z84C00にも使用したのと同じ設計であると信じられている^{（誰が？） （ただし確認されていない）。また、} GoldStar（現LG ）製のZ8400、Z80チップや、 ROHM Electronics製のNMOSおよびCMOSのZ80クローンのBU18400シリーズ（DMA、PIO、CTC、DART、SIOを含む）もあった。Z80、PIO、CTCのCMOS版であるLH5080、^[68]、 LH5081 、 ^[69]、LH5082、^[70]はシャープが製造している。

東ドイツでは、Z80 の無認可クローンであるU880が製造されました。これはRobotronや VEB Mikroelektronik Mühlhausen のコンピュータ システム ( KC85シリーズなど) で広く使用され、また多くの自作コンピュータ システムでも使用されました。ルーマニアでは、 Microelectronicaが製造したMMN80CPUという無認可クローンが見つかり、TIM-S、HC、COBRA などの家庭用コンピュータで使用されました。

また、ソ連ではZ80のクローンがいくつか作られ、その中でも有名なのはT34BM1、別名КР1858ВМ1（ソ連の8080クローンKR580VM80Aと類似）である。最初の刻印は試作シリーズで使用され、2番目の刻印は大量生産に使用された。しかし、1980年代後半のソ連のマイクロエレクトロニクスの崩壊により、КР1858ВМ1よりもT34BM1の方がはるかに多くなっている。^[要出典]

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  モステクZ80: MK3880
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  NEC μPD780C
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  シャープ LH0080
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  東芝 Z84C00
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  東ドイツ RFT U880 D
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  ソビエト T34BM1 Z80 クローン

オリジナルのZ80と互換性あり

• 日立は、オンチップ周辺機器とシンプルなMMUを備え、1MBのアドレス空間を提供する、マイクロコード化され部分的に動的なCMOS Z80である HD64180を開発した。これは後にZilog社にセカンドソースされ、最初はZ64180として、その後、バスプロトコルとタイミングがZ80周辺チップにより適合した、わずかに改良されたZilog Z180 ^[71]の形で提供された。Z180はZilog社の名前で維持され、さらに開発が進められ、最新バージョンは、消費電力とEMI（ノイズ）が非常に低い完全に静的なS180/L180コアをベースにしている。
• 東芝は、 84ピンのZ84013/Z84C13と100ピンのZ84015/Z84C15シリーズの「インテリジェント周辺コントローラ」を開発した。これは基本的に、通常のNMOSとCMOS Z80コアに、Z80周辺機器、ウォッチドッグタイマー、パワーオンリセット、ウェイトステートジェネレータを同じチップに搭載したものである。シャープと東芝が製造した。これらの製品は現在、Zilogがセカンドソースとなっている。^[72]
• 1994年に導入された32ビットZ80互換のZilog Z380は通信機器に使用されている。^[73]
• 2001年に、8/16/24ビットのワード長と16MBの線形アドレス空間を持つ、Zilogの完全にパイプライン化されたZ80互換のeZ80 ^{[74]が導入されました。オンチップ}SRAMまたはフラッシュメモリのバージョンと、統合された周辺機器のバージョンがあります。バリアントの1つにはオンチップメディアアクセスコントローラ（MAC）があり、使用可能なソフトウェアにはTCP/IPスタックが含まれています。Z800やZ280とは対照的に、追加された命令はわずかですが（主にロード実効アドレス（LEA）、プッシュ実効アドレス（PEA）、および可変アドレス16/24ビットロード）、代わりに命令は元のZ80の2〜11倍のクロックサイクルで効率的に実行され、平均値は約3〜5倍です。現在、最大50MHzのクロック周波数で指定されています。
• カワサキはバイナリ互換のKL5C8400を開発した。これはオリジナルのZ80の約1.2～1.3倍のクロックサイクル効率を持ち、最大33MHzでクロックできる。カワサキは周辺機器とチップ上の小さなRAMを備えたKL5C80A1xファミリも製造しており、eZ80とほぼ同等のクロックサイクル効率を持ち、最大10MHzでクロックできる（2006年）。^[75]
• NEC μPD9002 は、Z80 ファミリとx86ファミリの両方と互換性のあるハイブリッド CPU でした。
• 中国のActions Semiconductor社のオーディオプロセッサチップファミリー（ATJ2085など）には、Z80互換MCUと24ビット専用DSPプロセッサが搭載されています。^[76]これらのチップは、多くのMP3およびメディアプレーヤー製品に使用されています。
• T80（VHDL）およびTV80（Verilog）合成可能なソフトコアはOpenCores.orgから入手可能です。^[77]
• 1980年に発表されたナショナルセミコンダクターNSC800 [ 78 ^]は、多くのテレセキュリティティマン（TST）電子暗号機^[79]やキヤノンX-07で使用されている。NSC800はZ-80命令セットと完全に互換性がある。^[80] NSC800は8085のような多重化バスを使用しているが、Z80とはピン配置が異なっている。^[81]

互換性なし

• 東芝TLCS 900シリーズは、主にワンタイムプログラマブルマイクロコントローラで、Z80をベースにしている。これらは、同じ基本的なBC、DE、HL、IX、IYレジスタ構造とほぼ同じ命令を共有しているが、バイナリ互換性はない。一方、以前のTLCS 90はZ80と互換性がある。^[82]
• NEC 78Kシリーズ マイクロコントローラは Z80 をベースにしています。これらは同じ基本的な BC、DE、HL レジスタ構造を共有し、類似しているが名前が異なる命令を持ちます。バイナリ互換性はありません。

部分的に互換性あり

• ラビットセミコンダクターのラビット2000/3000/4000マイクロプロセッサ/マイクロコントローラ^[83]はHD64180 / Z180アーキテクチャに基づいていますが、完全なバイナリ互換性はありません。^[84]

生産終了

• ASCII Corporation R800 は、 MSX TurboRコンピュータで使用される高速 16 ビット プロセッサでした。Z80 とはソフトウェア互換性がありましたが、ハードウェア互換性はありませんでした (信号タイミング、ピン配置、ピンの機能は Z80 とは異なります)。
• Zilog の NMOS Z800と CMOS Z280 は、 16 MB のページ MMU アドレス空間を持つ 16 ビットの Z80 実装 (HD64180/Z180 以前) であり、Z80 命令セットに多くの直交化とアドレス指定モードを追加しました。ミニコンピュータの機能 (ユーザー モードとシステム モード、マルチプロセッサ サポート、オンチップ MMU、オンチップ命令およびデータ キャッシュなど) は、組み込みシステム設計者 (通常はエレクトロニクス指向) にとって機能やサポートというよりもむしろ複雑なものとして見られていました。また、命令実行時間を予測することも非常に困難でした。^{[引用が必要]}
• Pang / Buster Bros.などの特定のアーケードゲームでは、 VLSI Technology社製の暗号化された「Kabuki」Z80 CPUが使用されており、復号化キーは内部のバッテリーバックアップメモリ​​に保存され、著作権侵害や違法な海賊版ゲームを回避しています。^[85]

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  アスキーR800
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  日立 HD64180
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  ザイログ Z180
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  ザイログ Z280
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  東芝 TMPZ84C015

1970年代後半から1980年代前半にかけて、Z80はCP/Mオペレーティングシステムを搭載した、当時市場を独占していた多くの目立たないビジネス向けマシンに使用されました。^{[86] [87]} CP/Mを実行するZ80ビジネスコンピュータの有名な例としては、Heathkit H89、ポータブルのOsborne 1、Kayproシリーズ、Epson QX-10の4つがあります。あまり知られていないのは、高価なハイエンドのOtrona Attacheです。^[88]一部のシステムでは、マルチタスクオペレーティングシステムソフトウェア（MP/MやMorrowのMicronixなど）を使用して、1つのプロセッサを複数の同時ユーザーで共有していました。

Z80 をメインプロセッサとして、またはプラグインオプションとして Z80 を使用するホームコンピュータが複数導入された。注目すべきものとしては、Z80 をメインプロセッサとして搭載したオリジナルモデル (後に「モデル I」と改名)、モデル II、モデル III、モデル 4などのTRS-80シリーズと、Z80 をメインまたはセカンダリプロセッサとして使用した他のいくつかの (すべてではない) TRS-80 モデルが挙げられる。その他の注目すべきマシンとしては、DEC Rainbow 100とSeequa Chameleonがあり、どちらもIntel 8088と Z80 CPU の両方を搭載し、Z80 で実行される 8 ビット CP/M-80 アプリケーション、または 8088 で実行されるPC DOSアプリケーションと完全に互換性のないカスタム MS-DOS のいずれかをサポートした。

1981年、Multitech（後のAcer）は、Z80マイクロプロセッサ用のシンプルで安価なトレーニングシステムであるMicroprofessor Iを発表しました。現在でも、イギリスのサウサンプトンのFlite Electronics International Limitedによって製造・販売されています。

1984 年に東芝は日本とオーストラリアで Toshiba MSX HX-10 を発売しました。

1985年、シャープはHotbitを、グラディエンテはExpert を発表しました。これらは1980年代後半まで ブラジルで主流の8ビット家庭用コンピュータとなりました。

CMOSバージョンのプロセッサが利用可能になったことで、Z80はより軽量でバッテリー駆動のデバイスで広く使用されるようになりました。これはまた、シャープのLH5801 ^[89]など、他のCMOSベースのプロセッサの開発にも影響を与えました。BASICでプログラム可能なポケットコンピュータであるシャープPC-1500は1981年に発売され、続いて1986年に改良されたシャープPC-1600、1991年にシャープPC-E220が発売されました。シャープのウィザードシリーズのパーソナルオーガナイザの後継モデルもZ80ベースでした。デスクトップマシンと同じようにCP/Mオペレーティングシステムを実行できるラップトップは、1984年にエプソンPX-8 Geneva、1985年にエプソンPX-4とBondwell-2に続きました。その後の数年間、ラップトップ市場はより強力なインテル 8086プロセッサと MS-DOS オペレーティングシステムに移行しましたが、1988 年のCambridge Z88や1992 年のAmstrad NC100など、バッテリー寿命の長い軽量の Z80 ベースのシステムも引き続き導入されました。Z80 派生のZ8S180 は、1993 年の初期のペン操作型パーソナルデジタルアシスタントであるAmstrad PenPad PDA600にも採用されました。香港に拠点を置くVTechは、Z80 をベースにした「Lasers」と呼ばれる小型ラップトップコンピューターのシリーズを製造しました。^{[90] [91]}最後の 2 つは Laser PC5 ^[92]と PC6 でした。^[93] 1999 年に最初にリリースされた Cidco MailStation Mivo 100 は、Z80 ベースのマイクロコントローラーを搭載したスタンドアロンのポータブル電子メールデバイスでした。^[94]テキサス・インスツルメンツは、Z80コアをベースにした東芝のプロセッサを使用したポケットオーガナイザーのライン（2000年終了）を生産しました。その最初の製品はTI PS-6200でした^[95]。その後、数十のモデルが長期間生産され、PocketMateシリーズが完成しました^{[96] 。}

Zilog Z80は、組み込みシステムやマイクロコントローラコアで長年人気のマイクロプロセッサであり、 ^[38]現在でも広く使用されています。^{[28] [97]} Z80の用途には、民生用電子機器、工業製品、電子楽器などがあります。たとえば、Z80は画期的な音楽シンセサイザーProphet-5 ^[98]や、最初のMIDI搭載シンセサイザーProphet 600 ^[99]に使用されました。 Z80は、1976年から1986年まで、すべてのE-mu Systems楽器の基礎となりました。 ^[100] カシオは、PV-1000ビデオゲームコンソール にZ80Aを使用しました。

アーケード ゲーム「パックマン」を含む 1980 年代初期のアーケード ビデオ ゲームの多くには、Z80 CPU が搭載されています。

Z80 は、セガのマスター システムおよびゲーム ギアコンソールで使用されました。セガ ジェネシスには、MC68000 メイン CPU と並行して動作する独自の 8 KB RAM を備えた Z80 が搭載されており、システムのサウンド チップおよび I/O (コントローラ) ポートに直接アクセスでき、68000 のメイン メモリ バスへのスイッチ データ パス (64 KB メイン RAM、ソフトウェア カートリッジ、およびビデオ チップ全体へのアクセスを提供) を備えています。マスター システム ゲームとの下位互換性を提供するほか、Z80 はジェネシス ソフトウェアでオーディオの制御と再生によく使用されます。^[p]

Z80 CPU は、テキサス インスツルメンツ社のグラフ電卓の先駆的かつ人気の TI-8x シリーズにも使用されており、1990 年にTI-81が発売されました。TI-81 は 2 MHz でクロックされる Z80 を搭載しています。TI -82やTI-85をはじめとするこのシリーズの上位機種のほとんどは、Z80 CPU のクロックを 6 MHz 以上で動作させています。 (TI-8x という名前のモデルの中には、M68000 などの他の CPU を使用するものもありますが、大部分は Z80 ベースです。これらのモデルでは、Z80 マシン言語コードの形式でアセンブルまたはコンパイルされたユーザー プログラムを実行できます。) 2004 年に導入されたTI-84 Plus シリーズは、2023 年現在も生産されています。2015年に導入されたTI-84 Plus CE シリーズは、Z80 派生のZilog eZ80プロセッサを使用しており、これも 2024 年現在も生産されています。

1980年代後半、ソ連の固定電話シリーズ「AON」にZ80が搭載され、発信者ID、発信者に応じた着信音、短縮ダイヤルなどの固定電話の機能が拡張されました。^[101]しかし、1990年代後半には、これらの電話機の製造元は、消費電力を削減し、コンパクトな壁面電源アダプタの過熱を防ぐために、8051互換のMCUに切り替えました。

2024年4月15日、ザイログはZ80プロセッサの製造中止を発表し、注文は2024年6月14日まで受け付けた。発表にはZ80プロセッサの13の派生版が含まれており、その多くはチップのDIP40派生版であった。ザイログはプロセッサのアップグレード版eZ80の製造を継続する。 ^[102]

• S-100バス
• シンボOS
• Z88DK
• Micro-Professor MPF-I、Z80トレーニングシステム

出典

• アンダーソン、A. ジョン (1994)。コンピュータ技術の基礎(第 1 版)。ロンドン: チャップマン & ホール。ISBN 0-412-59810-8。
• Ciarcia, Steve (1981)。『独自の Z80 コンピューターを構築する - 設計ガイドラインとアプリケーション ノート (第 1 版)』。Byte Books。ISBN 978-0-07-010962-9。
• Faggin, Federico、Peuto, Bernard、Shima, Masatoshi、Ungermann, Ralph (2007 年 4 月 27 日)。「Zilog Z8000 マイクロプロセッサの開発と推進に関するオーラル ヒストリー パネル」(PDF) (インタビュー)。

データシートとマニュアル

• Z80 データシート (NMOS); Zilog; 10 ページ; 1978 年。
• Z80 データブック (NMOS); Zilog; 131 ページ; 1978 年。
• Z80 データシート (NMOS および CMOS); Zilog; 36 ページ; 2002 年。正誤表
• Z80 ユーザー マニュアル (NMOS および CMOS); Zilog; 332 ページ; 2016 年。
• Z80 周辺機器ユーザーマニュアル (NMOS および CMOS); Zilog; 330 ページ; 2001 年。

ハードウェア書籍

• Build Your Own Z80 Computer – 設計ガイドラインとアプリケーション ノート; 第 1 版; Steve Ciarcia ; Byte Books; 332 ページ; 1981; ISBN 978-0070109629 . (アーカイブ) 
• Z80 マイクロプロセッサ - アーキテクチャ、インターフェイス、プログラミング、および設計; 第 1 版; Ramesh Gaonkar; Macmillan; 674 ページ; 1988 年; ISBN 978-0675205405 . (アーカイブ) 
• Z80 ユーザーズ マニュアル – ピン定義、制御信号、周辺機器など; 第 1 版; Joseph Carr; Reston; 338 ページ; 1980 年; ISBN 978-0835995177 . (アーカイブ) 
• マイクロプロセッサ インターフェイス テクニック; 第 3 版; Rodnay Zaks および Austin Lesea; Sybex; 466 ページ; 1979 年; ISBN 978-0-89588-029-1 . (アーカイブ) 

ソフトウェア書籍

• Programming the Z80 ; 第 3 版; Rodnay Zaks; Sybex; 630 ページ; 1980 年; ISBN 978-0895880949 . (アーカイブ) 
• Z80 アセンブリ言語プログラミング; 第 1 版; Lance Leventhal; Osborne/McGraw-Hill; 642 ページ; 1979 年; ISBN 978-0931988219 . (アーカイブ) 
• 8080/Z80 アセンブリ言語 – プログラミングの改善テクニック; 第 1 版; Alan Miller; John Wiley & Sons; 332 ページ; 1981 年; ISBN 978-0471081241 . (アーカイブ) 
• Z80 および 8080 アセンブリ言語プログラミング; 第 1 版; Kathe Spracklen; Hayden; 180 ページ; 1979 年; ISBN 978-0810451674 . (アーカイブ) 
• 実用マイクロコンピュータプログラミング - Z80 - 常駐アセンブラとデバッグモニターのソースを含む; 第 1 版; Walter Weller; Northern Technology; 501 ページ; 1978 年; ISBN 978-0930594053。(アーカイブ) 
• Z80 アセンブリ言語サブルーチン; 第 1 版; Lance Leventhal および Winthrop Saville; Osborne/McGraw-Hill; 512 ページ; 1983 年; ISBN 978-0931988912。(アーカイブ) 
• 文書化されていない Z80 文書化; Sean Young; v0.91; 52 ページ; 2005 年(アーカイブ)

参照カード

• Z80 マイクロプロセッサのリファレンス カード、Shirley & Nanos、Nanos Systems、16 ページ、1981 年(アーカイブ)
• Z80 マイクロプロセッサ インスタント リファレンス カード、James Lewis、Micro Logic、2 ページ、1981 年(アーカイブ)

• Z80 非公式サポートページ
• Z80 技術文献
• Z80 テストコレクション
• Z80 チートシート
• Z80互換チップのリスト

シミュレーター/エミュレーター:

• Z80 ソフトウェア エミュレータ
• もう一つの Z80 エミュレータ
• 教育目的の Z80 バス エミュレータ
• ビジュアルZ80リミックス
• ANSI Cで書かれたZ80エミュレーションライブラリ

ボード

• グラントの7チップZ80コンピュータ
• グラントの9チップZ80コンピュータはCP/M 2.2またはBASICをサポート
• link3000 6チップZ80コンピュータ、CP/M 2.2をサポート