Intel 8080: Kiến trúc, ưu điểm và ảnh hưởng

Intel 8080: CPU, Sự phát triển và Ảnh hưởng

Mục lục

1. Giới thiệu về Intel 8080
   • 1.1 Lịch sử và Thiết kế
   • 1.2 Vai trò quan trọng trong việc phát triển CPU
2. Kiến trúc của Intel 8080
   • 2.1 Mô hình lập trình
   • 2.2 Các thanh ghi
   • 2.3 Cờ
3. Các lệnh/instruction
   • 3.1 Lệnh 8-bit
   • 3.2 Lệnh 16-bit
4. Hệ thống địa chỉ I/O
   • 4.1 Hệ thống địa chỉ I/O
   • 4.2 Hệ thống xếp
5. Ứng dụng và sự kế thừa
   • 5.1 Sự phát triển trong ngành công nghiệp
   • 5.2 Ảnh hưởng lên ngành công nghiệp
6. Sản phẩm hỗ trợ
   • 6.1 Chip hỗ trợ
   • 6.2 Cài đặt vật lý
7. Thay đổi trong ngành công nghiệp
   • 7.1 Ảnh hưởng đến ngành công nghiệp
   • 7.2 Sự thay đổi về kiến trúc
8. Lịch sử và thể hiện văn hóa
   • 8.1 Sự phát triển và ảnh hưởng của Intel 8080
   • 8.2 Đóng góp và ảnh hưởng văn hóa

1. Giới thiệu về Intel 8080

1.1 Lịch sử và Thiết kế

Trong tháng 4 năm 1974, Intel ra mắt bộ vi xử lý 8-bit thứ 2 của mình - Intel 8080. 8080 được phát triển dựa trên 8008 một cách mở rộng và nâng cao. Kiến trúc của 8080 đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến kiến trúc CPU 8086 của Intel, cũng như dòng x86.

1.2 Vai trò quan trọng trong việc phát triển CPU

Intel 8080 được coi là "vi xử lý đầu tiên thực sự hữu ích", mặc dù đã có các vi xử lý trước đó được sử dụng trong các máy tính cầm tay, máy tính tiền, thiết bị đầu cuối máy tính, robot công nghiệp và các ứng dụng khác. Kiến trúc của 8080 đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến kiến trúc CPU 8086 của Intel, dẫn đến việc phát triển dòng x86.

2. Kiến trúc của Intel 8080

2.1 Mô hình lập trình

Intel 8080 kế thừa cấu trúc và hướng dẫn từ 8008. Mọi hướng dẫn trong 8008 đều có một hướng dẫn tương đương trong 8080. Giải pháp lập chỉ mục mới cho phép truy cập trực tiếp vào không gian bộ nhớ 16-bit của nó. Ngoài ra, stack call-stack 7-level 8008 được thay thế bằng thanh ghi con trỏ stack 16-bit riêng.

2.2 Các thanh ghi

Intel 8080 có bảy thanh ghi 8-bit, với A là thanh ghi chính 8-bit. Các thanh ghi khác có thể được sử dụng như các thanh ghi riêng lẻ 8-bit hoặc như ba cặp thanh ghi 16-bit, tùy thuộc vào hướng dẫn cụ thể. Nó cũng có một con trỏ heap như M, mà có thể được sử dụng gần như ở bất kỳ vị trí nào mà bất kỳ thanh ghi nào khác có thể được sử dụng, liên quan đến địa chỉ bộ nhớ mà cặp HL trỏ đến. Nó cũng có một con trỏ heap 16-bit để trỏ đến bộ nhớ, và bộ đếm chương trình 16-bit.

2.3 Cờ

Bộ xử lý lưu trữ các cờ trong bộ xử lý làm dấu hiệu của kết quả của các hướng dẫn toán học và logic. Các cờ bao gồm: Dấu, Độ dư, Tràn trình tiếp theo và Điểm tràn phụ. Cờ này có thể được sao chép như một nhóm vào thanh ghi chính.

3. Các lệnh/instruction

3.1 Lệnh 8-bit

Các phép toán 8-bit chỉ có thể được thực hiện trên thanh ghi tích lũy 8-bit của nó. Với phép toán 8-bit có Hai toán hạng, toán hạng khác có thể là giá trị trực tiếp, thanh ghi 8-bit khác hoặc một byte bộ nhớ được trỏ tới bởi cặp thanh ghi HL. Sao chép trực tiếp được hỗ trợ giữa bất kỳ hai thanh ghi 8-bit và giữa bất kỳ thanh ghi 8-bit nào và một byte bộ nhớ được trỏ đến bằng HL.

3.2 Lệnh 16-bit

Mặc dù 8080 thường xuyên là một bộ xử lý 8-bit, nó cũng có khả năng giới hạn để thực hiện các phép toán 16-bit:

• Bất kỳ ba cặp thanh ghi 16-bit nào hoặc SP có thể được tải với giá trị 16-bit trực tiếp, tăng hoặc giảm, hoặc cộng với HL.
• Hướng dẫn XCHG hoán đổi các giá trị của cặp thanh ghi HL và DE.
• Bằng cách thêm HL vào chính nó, có thể đạt được cùng một kết quả như một phép dời trái toán tử 16-bit với một hướng dẫn.
• Chỉ có các hướng dẫn 16 bit mới ảnh hưởng đến các cờ.

4. Hệ thống địa chỉ I/O

4.1 Hệ thống địa chỉ I/O

Mạch tích hợp Intel 8080 hỗ trợ tối đa 256 cổng vào/ra, được truy cập qua các hướng dẫn I/O. Hệ thống ánh xạ I/O này được coi là một lợi thế, giúp giải phóng không gian địa chỉ hạn chế của bộ xử lý. Trái lại, nhiều kiến trúc CPU sử dụng I/O được ánh xạ nhớ, trong đó sử dụng cùng một không gian địa chỉ chung cho RAM và các chip ngoại vi. Điều này lược bỏ nhu cầu cho các hướng dẫn I/O được ánh xạ riêng, mặc dù một nhược điểm trong các thiết kế như vậy có thể là việc phải sử dụng phần cứng đặc biệt để chèn tuyên bố chờ khi các thiết bị ngoại vi thường chậm hơn bộ nhớ. Tuy nhiên, trong một số máy tính đơn giản sử dụng 8080, I/O được địa chỉ như các ô nhớ thông thường, "ánh xạ bộ nhớ", với các hướng dẫn I/O không được sử dụng. Địa chỉ I/O cũng có thể sử dụng hiệu quả từ việc bộ xử lý xuất cùng một địa chỉ cổng 8-bit cho cả byte địa chỉ thấp và byte địa chỉ cao.

4.2 Hệ thống xếp

Một trong các bit trong từ trạng thái của bộ xử lý chỉ ra rằng bộ xử lý đang truy cập dữ liệu từ ngăn xếp. Sử dụng tín hiệu này, có thể triển khai một không gian bộ nhớ ngăn xếp riêng biệt. Tuy nhiên, tính năng này hiếm khi được sử dụng.

5. Ứng dụng và sự kế thừa

5.1 Sự phát triển trong ngành công nghiệp

Intel 8080 đã được sử dụng trong nhiều máy tính cá nhân đầu tiên, chẳng hạn như MITS Altair 8800, Processor Technology SOL-20 Terminal Computer và IMSAI 8080 Microcomputer, và là nền tảng cho các máy chạy hệ điều hành CP/M. Ngay cả sau khi xuất hiện các vi xử lý Z80 và 8085 vào năm 1979, năm nhà sản xuất của 8080 vẫn bán được khoảng 500.000 đơn vị mỗi tháng với giá từ 3 đến 4 đô la mỗi đơn vị. Các máy tính mạch chủ đơn đầu tiên, chẳng hạn như MYCRO-1 và dyna-micro, dựa trên Intel 8080. Trước đó, vào cuối thập kỷ 1970, Cubic-Western Data của San Diego, California, đã sử dụng 8080 trong hệ thống thu phí tự động được thiết kế riêng cho các hệ thống giao thông công cộng trên toàn thế giới.

5.2 Ảnh hưởng lên ngành công nghiệp

Một ứng dụng công nghiệp đầu tiên của 8080 là phần "bộ não" của các sản phẩm DatagraphiX Auto-COM, giúp chuyển dữ liệu người dùng từ cuộn băng qua dạng microfiche. Việc chuyển đổi này đã bao gồm một hệ thống tự động cắt, xử lý, rửa và sấy màng phim - một công việc đáng chú ý, ngay cả vào thập kỷ 1970 và 21, chỉ với một vi xử lý 8-bit chạy với tốc độ nhỏ hơn 1 MHz và giới hạn bộ nhớ 64 KB. Ngoài ra, nhiều trò chơi điện tử đầu tiên cũng được xây dựng dựa trên vi xử lý 8080. Space Invaders có lẽ là trò chơi phổ biến nhất trong số đó.

Sau khi ra mắt 8080, tiến hóa của vi xử lý Motorola 6800 và MOS Technology 6502, các sản phẩm tương thích của Intel Z80 và các vi xử lý sau này như 8085, 8086 và 8088, đã thay thế 8080. 8080 đã tạo ra một tác động lên lịch sử máy tính chỉ bằng cách định hình kiến trúc máy tính và ảnh hưởng đến sự phát triển công nghệ máy tính trong tương lai.