Zilog Z80

Der Zilog Z80 war nicht nur ein technologischer Erfolg, sondern auch ein Meilenstein in der Geschichte der Mikroprozessoren. Neben seiner engen Verwandtschaft zum Intel 8080, mit dem er binärkompatibel war, zeichnete sich der Z80 durch eine Reihe von technischen und architektonischen Besonderheiten aus, die ihn besonders attraktiv für die Entwickler von Mikrocomputern und eingebetteten Systemen machten. Der Z80 war ein 8-Bit-Prozessor, der 1976 von Zilog auf den Markt gebracht wurde. Im Gegensatz zu vielen anderen 8-Bit-Prozessoren, die in den 1970er Jahren entwickelt wurden, verfügte der Z80 über eine besonders ausgeklügelte Architektur, die ihm sowohl Flexibilität als auch eine hohe Leistungsfähigkeit verlieh. Der Prozessor hatte insgesamt 80 Pins, was ihn zu einem vergleichsweise großen Chip machte. Der Z80 hatte einen 16-Bit-Adressbus, der es ihm ermöglichte, bis zu 64 KB Arbeitsspeicher direkt anzusprechen. Der 8-Bit-Datenbus war typisch für Prozessoren jener Zeit, ermöglichte jedoch eine effiziente Datenverarbeitung, die für die damaligen Mikrocomputer vollkommen ausreichend war.

Der Z80 verfügte über einen umfangreichen Registersatz, der es dem Prozessor ermöglichte, mehrere Operationen gleichzeitig auszuführen. Er hatte acht 8-Bit-Register (A, B, C, D, E, H, L, F), die in verschiedenen Kombinationen genutzt werden konnten, sowie spezielle 16-Bit-Register (BC, DE, HL), die für Adressierungen und bestimmte Operationen genutzt wurden. Ein weiteres herausragendes Merkmal des Z80 war der sogenannte Indexregistersatz, der aus zwei 16-Bit-Registern (IX und IY) bestand. Diese zusätzliche Flexibilität in der Adressierung und Datenmanipulation machte den Z80 zu einem sehr mächtigen Prozessor für seine Zeit. Ebenso besaß er ein fortschrittliches Interruptsystem, das mehrere Interrupt-Levels unterstützte. Dies ermöglichte eine schnelle Reaktion auf externe Ereignisse, was besonders in Echtzeitanwendungen und bei der Steuerung von Peripheriegeräten von Vorteil war. Der Befehlssatz des Z80 war ein weiterer Faktor, der ihn von anderen Prozessoren der Zeit abhebe. Er war nicht nur binärkompatibel mit dem Intel 8080, sondern erweiterte diesen Befehlssatz auch erheblich. Der Z80 führte eine Vielzahl neuer Instruktionen ein, die für fortgeschrittene mathematische Operationen, Bitmanipulationen und Speicheroperationen verwendet werden konnten. Der Prozessor hatte 158 verschiedene Befehle, darunter zahlreiche "Z80-spezifische" Erweiterungen wie Blockoperationen und Bit-Manipulationen, die ihn besonders flexibel machten.

In den 1970er und 1980er Jahren war der Prozessor-Markt stark umkämpft. Neben dem Zilog Z80 standen viele andere 8-Bit-Prozessoren im Wettbewerb, insbesondere der Intel 8080 und der MOS 6502.

• Intel 8080 vs. Zilog Z80: Der Z80 war in vielerlei Hinsicht ein direkter Nachfolger des Intel 8080. Beide Prozessoren hatten eine ähnliche Architektur und konnten denselben Maschinencode ausführen, was den Z80 besonders attraktiv für Softwareentwickler machte, die bereits auf den 8080 programmierten. Der Z80 jedoch war mit seiner Erweiterung des Befehlssatzes und zusätzlichen Registerfunktionen leistungsfähiger. Im Vergleich zum Intel 8080 war der Z80 außerdem schneller, effizienter und flexibler, was ihn zu einer bevorzugten Wahl für viele Mikrocomputerhersteller machte.
• MOS 6502 vs. Zilog Z80: Der MOS 6502, der in den Apple II, Commodore 64 und vielen anderen Geräten verwendet wurde, war der Hauptkonkurrent des Z80. Der 6502 hatte eine deutlich einfachere Architektur und war in vielen Fällen kostengünstiger als der Z80. Besonders die sehr niedrigen Produktionskosten und die vergleichsweise einfache Implementierung machten den 6502 für viele Hersteller attraktiv. Allerdings war der Z80 technisch überlegen, da er eine höhere Taktfrequenz erreichen konnte, ein flexibleres Interruptsystem hatte und über einen leistungsfähigeren Befehlssatz verfügte. Der 6502 war jedoch in einigen Bereichen effizienter und benötigte weniger Chips für ähnliche Funktionen, was ihn für einfache Anwendungen und kostengünstige Computer attraktiv machte.

Der Zilog Z80 war ein riesiger Erfolg und wurde in einer Vielzahl von Computern, Spielkonsolen und anderen elektronischen Geräten verwendet. Besonders bemerkenswert ist, wie der Z80 sowohl im Hobby- als auch im professionellen Sektor weit verbreitet war.

• Mikrocomputer: Der Z80 war in vielen frühen Personal Computern und Heimcomputern der 1970er und 1980er Jahre zu finden. Modelle wie der Tandy TRS-80, der Amstrad CPC, der Sinclair ZX80 und der ZX81, der MSX-Standard und der Video Genie basierten alle auf dem Zilog Z80. Besonders der Sinclair ZX Spectrum, ein ikonischer Heimcomputer aus den 1980er Jahren, war ein großer Erfolg und trug maßgeblich zur Popularisierung des Z80 bei.
• Spielekonsolen: Auch im Bereich der Videospielautomaten und Heimkonsolen war der Z80 weit verbreitet. Automatenklassiker wie Pac-Man, Galaxian und Space Invaders liefen auf der Z80-Architektur. Auch Konsolen wie der Game Boy von Nintendo, der auf einem lizenzierten Z80-Nachbau von Sharp basierte, verwendeten diesen Prozessor.
• Eingebettete Systeme: Der Z80 fand auch in eingebetteten Systemen Verwendung, und zwar nicht nur in Computern, sondern auch in industriellen Anwendungen, Steuerungssystemen und Telekommunikationsgeräten. Der Prozessor wurde in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, von Mikrosteuerungen bis hin zu wissenschaftlichen Messgeräten.
• Verbreitung in der Sowjetunion und im Ostblock: Besonders im Osten war der Z80 weit verbreitet. Der U880 in der DDR und die Varianten T34BM1 und KP1858BM1 in der Sowjetunion waren direkte Nachbauten des Z80. In der DDR wurde der U880 in vielen Computern und Automaten verwendet, und auch nach dem Fall des Eisernen Vorhangs blieben diese Nachbauten noch lange im Einsatz. Der Z80 war hier nicht nur aufgrund seiner Verfügbarkeit, sondern auch aufgrund seiner günstigen Produktionskosten und technischen Flexibilität von Bedeutung.
• Unlizenzierte Nachbauten: Im Westen und besonders in den weniger regulierten Märkten der Dritten Welt gab es viele unlizenzierte Nachbauten des Z80. So fanden sich Z80-ähnliche Prozessoren in einer Vielzahl von billigen, asiatischen Computern und Geräten. Unternehmen wie Goldstar, Kawasaki, NEC, Toshiba und SGS-Thomson fertigten lizenzierte Nachbauten, die in vielen Geräten verbaut wurden, von Heimcomputern bis zu professionellen Maschinen. In vielen Fällen war der Z80 der erste Mikroprozessor, den Entwickler in ihre Geräte integrierten, was zu seiner weiten Verbreitung und seinem langfristigen Erfolg beitrug.

Der Zilog Z80 war nicht nur ein technologischer Durchbruch, sondern auch ein wirtschaftlicher Erfolg, der die Computerindustrie maßgeblich prägte. Durch seine überlegene Architektur, seine Flexibilität und die Kompatibilität mit dem Intel 8080 konnte er sich schnell auf dem Markt etablieren und fand breite Anwendung in Computern, Spielkonsolen und eingebetteten Systemen. Selbst Jahrzehnten nach seiner Einführung wird der Z80 noch immer als Lehrmittel in Universitäten verwendet und ist ein Symbol für die Innovationskraft jener frühen Mikroprozessor-Ära.