探索Intel 8080微处理器的基础特性和历史影响

探索Intel 8080微处理器的基础特性和历史影响

标题：Intel 8080：8位微处理器的里程碑发展

目录：

1. 简介
2. 架构和指令集
3. 寄存器和标志位
   • 3.1 8位寄存器
   • 3.2 16位寄存器
   • 3.3 标志位
4. 输入输出系统
5. 堆栈和中断处理
6. 16位操作
7. 支持芯片
8. 物理实施
9. 应用和后续影响
10. 8080的历史和文化影响

1. 简介

Intel 8080是由英特尔设计和制造的第二款8位微处理器，于1974年4月发布。它是对先前的8008设计进行扩展和增强的变体，虽然不能二进制兼容。初期的时钟频率限制为2 MHz，常见指令的执行时间为4、5、7、10或11个周期，这意味着它的有效速度约为每秒几十万条指令。

2. 架构和指令集

8080的架构对英特尔的8086 CPU架构产生了重要影响，从而引发了x86处理器家族的诞生。8080需要两个支持芯片来工作，包括i8224时钟发生器/驱动器和i8228总线控制器，并且使用非饱和增强负载NMOS进行实现。它拥有七个8位寄存器，其中A是主要的累加器，其他六个寄存器可以作为独立的8位寄存器或三对16位寄存器使用。8080还引入了一些16位操作，扩展了指令集。它具有一个16位堆栈指针寄存器和一个16位程序计数器。

3. 寄存器和标志位

8080的寄存器包括七个8位寄存器，其中A寄存器是主要的累加器，其他六个寄存器可以根据特定的指令使用为三个16位寄存器对。一些指令还允许将HL寄存器对用作16位累加器，而伪寄存器M可以几乎在任何其他寄存器可以使用的地方使用，它引用HL寄存器对指向的内存地址。8080还具有一些内部标志位，用于表示算术和逻辑指令的结果。这些标志位可以被作为一个组复制到累加器中。

4. 输入输出系统

8080支持最多256个输入/输出端口，通过专用的输入/输出指令来访问，这种I/O映射方案被视为一种优势，因为它释放了处理器的有限地址空间。8080有单独的堆栈空间，可以通过一个信号实现。

5. 堆栈和中断处理

8080使用堆栈指示位，可以实现单独的堆栈存储空间，但很少被使用。它还输出内部状态字节和中断系统状态，用于处理中断请求。8080还支持多级过程调用和返回的自动CALL和RET指令。

6. 16位操作

尽管8080通常是一个8位处理器，但它也具有执行16位操作的能力。它可以加载任何三个16位寄存器对或SP寄存器，增加或减少它们的值，或将它们与HL相加。通过将HL加上自身，可以实现与一个16位算术左移相同的结果。仅有的几个影响标志的16位指令是DAD HB，它们设置了CY标志，以实现编程的24位或32位算术运算。

7. 支持芯片

8080的成功在于具备广泛的支持芯片，包括通信控制器、可编程间隔计时器、可编程外设接口、DMA控制器和可编程中断控制器等功能。

8. 物理实施

8080采用非饱和增强负载nMOS门，在硅闸工艺中制造，最小特征尺寸为6μm。采用单层金属连接大约6000个晶体管，但高电阻的多晶硅层使用了晶体管门，需要更高的电压进行一些互连。芯片的面积约为20平方毫米。

9. 应用和后续影响

8080被广泛应用于早期的微型计算机，如MITS Altair 8800计算机、Processor Technology SOL-20终端计算机和IMSAI 8080微型计算机，并成为运行CP/M操作系统的机器的基础。8080在苏联也有较大的影响，被克隆并命名为KP580IK80，用于Soviet Radio86RK等计算机。

10. 8080的历史和文化影响

8080的设计推动了计算机系统的发展，从以往完整计算机系统的生产商，扩大到了更多应用领域。8080以及其后续的设计为现代计算机提供了基础，对计算机历史产生了持久的影响。它还使Intel成为了计算机领域的重要厂商，影响了后来的处理器架构和计算机发展方向。

该篇文章旨在介绍Intel 8080微处理器的基本特点、架构和影响，以及其在计算机发展史上的重要作用。