UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA ELECTRNICA Y SISTMAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

N

A

C

I O

N

A

L

D

E

L

P

U

N

O

SISTEMAS DIGITALES III

MICROPROCESADORES 8080, 8085PRESENTADO POR: FREDY WILBER NINA MAMANI COD. DE MAT. 040516

SEMESTRE VI

PUNO -

PERU

MICROPROCESADORES DE 8 BITSLa historia de los microprocesadores empez con la generacin de cuatro bits, que naci con la intencin de sustituir a un conjunto de integrados, por lo que no tena ni mucho menos el carcter de "propsito general" que acab imponindose en la generacin de ocho bits. Tal fue el caso del 4004, en el ao 1971, diseado para asumir todas las funciones de seis integrados hechos a medida ("custom made") y destinado a una calculadora (Morse et al., 1980). El hecho de seleccionar el 18008, 18080 y el Z80 para este estudio es debido a que cada uno de ellos aport algo nuevo dentro de su generacin.

3.1. Intel 8008El 8008 no es todava un microprocesador de propsito general. Sali al mercado en el ao 1972, como consecuencia del encargo realizado a finales de 1969 por la Computer Terminal Corporation (hoy Datapoint) a Intel para realizar un circuito integrado destinado a un terminal de pantalla. La mayor parte del repertorio de instrucciones y de la organizacin de los registros fue especificada por Datapoint, pero en Intel se aadieron otras especificaciones para que lo que luego sera el 8008 fuera un circuito integrado ms verstil (Morse et al., 1980). Arquitectura: Comparado con las arquitecturas actuales de los microprocesadores de 32 bits, la del 8008 nos parece hoy muy simple. Los registros se dividen en siete de 8 bits accesibles por el programador (A, B, C, D, E, H y L), una pila integrada en el chip formada por ocho registros de 14 bits y un puntero de pila de tres bits y cuatro banderas de estado (Figura 15). El registro A es el acumulador y todas las operaciones se realizan entre l y otro registro, devolviendo el resultado en el acumulador. Los registros H y L (High y 330Anexo B. Sobre microprocesadores

Low) contienen la direccin de una palabra de memoria que en los nemnicos del ensamblador se refiere como "registro M", aunque en realidad se trata de un pseudorregistro. Toda referencia a memoria se realiza a travs de este registro.

Cualquier piso de la pila puede servir como contador de programa. Cuando se ejecuta una sentencia CALL (llamada a subrutina), el puntero de pila modifica su valor apuntando a un nuevo registro que ser el nuevo contador de programa. Las cuatro banderas del 8008 reflejan el estado en que queda el microprocesador al realizarse la ltima operacin lgica o aritmtica. Estas banderas son Carry (Acarreo), Zero (que se activa cuando el valor que hay en el acumulador es cero), Parity (Paridad, una funcin muy importante en un integrado orientado a aplicaciones con un tubo de rayos catdicos) y Sign, que refleja el contenido del bit ms a la izquierda del acumulador, pero que no da facilidades para el manejo de nmeros negativos como en un principio se pudiera pensar. Instrucciones: Las instrucciones del 8008 estn orientadas hacia la manipulacin de datos de ocho bits. Los modos de direccionamiento son slo dos: inmediato y relativo a alguno de los registros A-L. Todas las instrucciones se pueden enmarcar dentro de alguno de estos tipos: - Referentes a los registros A-L: carga, intercambio y descarga. - Especficas del acumulador: aritmticas, lgicas y de rotacin de bits del acumulador.

- De transferencia de control: saltos condicionales e incondicionales, llamadas y retornos de subrutinas condicionales e incondicionales. Los condicionamientos se refieren al estado de alguna bandera. - De entrada/salida: se transfieren los contenidos del acumulador al puerto designado y viceversa. - De control del procesador: HALT y NO-OP, siendo esta ltima un movimiento del acumulador en el acumulador, resultando una accin nula. Tambin hay instrucciones de incremento y decremento para el manejo de bucles que, aunque no fueron especificadas por Datapoint, convirtieron al 8008 casi en un procesador de propsito general. No hay una operacin especfica para salvaguardar el contenido de las cuatro banderas, por lo que el tratamiento de interrupciones es complicado, aunque no imposible (Morse et al., 1980). 331 Computadores personales Memoria y E/S: La memoria direccionable es de 16K (Palabra de direccin de 14 bits), lo que significaba una cantidad respetable en una poca en la que las memorias resultaban todava caras. La limitacin de espacio direccionable se debe a la falta de patillas disponibles. Adems, bus de datos y de direcciones estn multiplexados (Ver cuadro 2.) de forma que la direccin se enva por ocho patillas en dos ciclos consecutivos. Juntamente con los 14 bits de direccin se envan dos seales de control, y de ah viene la limitacin de supeditarse a una direccin de 14 bits en vez de 16.3.2. Intel 8080

En el ao 1973 la tecnologa MOS estaba la suficientemente perfeccionada como para intentar aplicarla a la fabricacin de chips. En un primer momento, la compaa Intel pens en hacer una versin del 8008 en NMOS para obtener una mayor velocidad, basndose en las mscaras ya utilizadas para la fabricacin de la versin PMOS anterior. Sin embargo, estas mscaras no resultaron apropiadas, por lo que se decidi crear un nuevo producto -el 8080-, que utilizara un empaquetamiento de cuarenta patillas, que por entonces ya resultaba ms econmico. El reto planteado fue el obtener una mejora por un factor de diez sobre el 8008 de la siguiente forma. - Manejo de datos de 16 bits para el clculo de direcciones. - Inclusin de aritmtica BCD. - Aumento del nmero de modos de direccionamiento. - Mejora del sistema de interrupciones. Todo esto se hara manteniendo la compatibilidad entre un subconjunto de instrucciones del ensamblador del 8080 con el del 8008, necesitndose lgicamente un proceso de traduccin y, finalmente, la generacin de una nueva ROM como residencia del programa. El diseo del 8080 no se corresponde con las especificaciones dadas de antemano por otra compaa como en el caso anterior, sino que se trata del primer chip de propsito totalmente general.

El microprocesador 8080Historia del 8080

Durante el verano de 1971, Federico Faggin fue a Europa para realizar seminarios sobre el MCS-4 y el 8008 y para visitar clientes. Recibi una gran cantidad de crticas (algunas de ellas constructivas) acerca de la arquitectura y el rendimiento de los microprocesadores. Las compaas que estaban ms orientadas hacia la computacin eran las que le decan las peores crticas. Cuando regres a su casa, se le ocurri una idea de cmo hacer un microprocesador de 8 bits mejor que el 8008, incorporando muchas de las caractersticas que esa gente estaba pidiendo, sobre todo, ms velocidad y facilidad de implementacin en el circuito. Decidi utilizar el nuevo proceso NMOS (que utiliza transistores MOS de canal N) que se utilizaba en las ltimas memorias RAM dinmicas de 4 kilobits, adems le agreg una mejor estructura de interrupciones, mayor direccionamiento de memoria (16 KB en el 8008 contra 64 KB en el 8080) e instrucciones adicionales (como se puede apreciar en las descripciones de los conjuntos de instrucciones que se encuentran ms abajo). Al principio de 1972 decidi realizar el nuevo chip. Sin embargo Intel decidi esperar a que el mercado respondiera primero con el MCS-4 y luego con el MCS-8 antes de dedicar ms dinero al desarrollo de nuevos diseos. En el verano de 1972, la decisin de Intel fue comenzar con el desarrollo del nuevo microprocesador. Shima (el mismo de antes) comenz a trabajar en el proyecto en noviembre. La primera fabricacin del 8080 se realiz en diciembre de 1973. Los miembros del grupo que hacan el desarrollo encontraron un pequeo error y el primero de abril de 1974 se pudo lanzar al mercado el microprocesador. El 8080 realmente cre el verdadero mercado de los microprocesadores. El 4004 y el 8008 lo sugirieron, pero el 8080 lo hizo real. Muchas aplicaciones que no eran posibles de realizar con los microprocesadores previos pudieron hacerse realidad con el 8080. Este chip se us inmediatamente en cientos de productos diferentes. En el 8080 corra el famoso sistema operativo CP/M (siglas de Control Program for Microcomputers) de la dcada del '70 que fue desarrollado por la compaa Digital Research. Como detalle constructivo el 8080 tena alrededor de 6000 transistores MOS de canal N (NMOS) de 6 micrones, se conectaba al exterior mediante 40 patas (en formato DIP) y necesitaba tres tensiones para su funcionamiento (tpico de los circuitos integrados de esa poca): +12V, +5V y -5V. La frecuencia mxima era de 2 MHz. La competencia de Intel vino de Motorola. Seis meses despus del lanzamiento del 8080, apareci el 6800. Este producto era mejor en varios aspectos que el primero. Sin embargo, la combinacin de tiempos (el 8080 sali antes), "marketing" ms agresivo, la gran cantidad de herramientas de hardware ysoftware, y el tamao del chip (el del 8080 era mucho menor que el del 6800 de Motorola) inclinaron la balanza hacia el 8080. El mayor competidor del 8080 fue el microprocesador Z-80, que fue lanzado en 1976 por la empresa Zilog (fundada por Faggin). Entre las ventajas pueden citarse: mayor cantidad de instrucciones (158 contra 74), frecuencia de reloj ms alta, circuito para el apoyo de refresco de memorias RAM dinmicas, compatibilidad de cdigo objeto (los cdigos de

operacin de las instrucciones son iguales) y una sola tensin para su funcionamiento (+5V). El Z-80 fue concebido por Federico Faggin y Masatoshi Shima como una mejora al 8080, comenzando el desarrollo a partir de noviembre de 1974 en la empresa presidida por el primero. Tal fue el xito que tuvo esta CPU que luego varias empresas comenzaron a producir el chip: SGS-Ates, Mostek, Philips, Toshiba, NEC, Sharp, etc. Este microprocesador ocup rpidamente el lugar del anterior y se us en todo tipo de microcomputadoras (incluyendo muchas de las "home computers" de la primera mitad de la dcada del '80).

Arquitectura del 8080Debe notarse la gran semejanza en la arquitectura de los microprocesadores 8008 y 8080.

Conjunto de registros del 8080Es una ampliacin del conjunto del 8008, como puede observarse a continuacin: Clasificacin Registro Longitud Pares de registros Longitud Acumulador A 8 bits B 8 bits BC 16 bits C 8 bits Registros de uso D 8 bits DE 16 bits general E 8 bits H 8 bits HL 16 bits L 8 bits Contador de programa PC 16 bits Puntero de pila SP 16 bits Indicadores F 8 bits Hay cinco indicadores (Sign, Zero, Alternate Carry, Parity, Carry) ubicado en un registro de ocho bits llamado F (de Flags): Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Flag S Z 0 AC 0 P 1 C Los tres bits no usados siempre toman esos valores.

Conjunto de instrucciones del 8080Incluye el conjunto de instrucciones del 8008. Adems existen las siguientes: SUMA 16 BITS CARGA 16 BITS

DAD B DAD D DAD H DAD SP

HL