КР580ВМ80 — 8-разрядный центральный процессор (микропроцессор)

Что это

КР580ВМ80 — 8-разрядный микропроцессор, функциональный аналог американского Intel 8080A, и, без преувеличения, главная деталь целой эпохи советской любительской и учебной электроники. Именно с этой микросхемы, а не с более поздних и мощных БИС, начался массовый переход от ЭВМ, собранных из россыпи мелкой логики, к однопроцессорной архитектуре на одном кристалле — доступной уже не только профильным КБ, но и рядовому радиолюбителю с паяльником. Ранняя маркировка микросхемы — К580ИК80; систематизированное имя КР580ВМ80 (буквы «ВМ» в советской системе обозначений как раз выделяют подкласс «микропроцессоры») она получила чуть позже, когда серию К580 привели к общей номенклатуре.

КР580ВМ80 — сердце сразу нескольких культовых машин, с которых для многих советских инженеров и школьников начиналось знакомство с вычислительной техникой: Радио-86РК, «Микроша», «Специалист» и десятки их клонов, повторённых в кружках и НИИ по всей стране. Микросхема не работала в одиночку — вокруг неё сложился целый комплект обвязочных БИС серии КР580 (генератор тактовых импульсов, контроллер прерываний, программируемые интерфейсы), и именно этот комплект, а не один процессор, определил архитектуру целого поколения отечественных микро-ЭВМ.

Архитектура кратко

КР580ВМ80 — классический для своего времени 8-разрядный процессор: данные внутри и по внешней шине обрабатываются и передаются байтами. Регистровый файл — аккумулятор (A) и шесть регистров общего назначения (B, C, D, E, H, L), которые используются и по отдельности, и объединёнными в 16-разрядные пары (BC, DE, HL), причём последняя пара играет ещё и роль косвенного адресного регистра. Отдельно — 16-разрядные указатель стека (SP) и счётчик команд (PC), а также регистр флагов, фиксирующий признаки результата операции (ноль, знак, чётность, перенос и вспомогательный перенос).

Шина адреса — 16-разрядная, то есть процессор способен напрямую адресовать до 64 Кбайт памяти — по меркам своего времени очень щедрый предел. Система команд — около 78 базовых инструкций, тактовая частота — ~2 МГц. Изготавливалась микросхема по n-МОП технологии и, как почти все процессоры этого поколения на n-МОП, требовала не одного, а сразу трёх номиналов питающего напряжения: +5 В, −5 В и +12 В — особенность, от которой избавились только в следующем поколении (Intel 8085 и его советский аналог КР1821ВМ85 перешли на единственные +5 В, встроив генератор тактовых импульсов внутрь кристалла).

Комплект КР580

Сам по себе КР580ВМ80 не самодостаточен — рабочий узел собирается из нескольких обвязочных микросхем той же серии, каждая из которых берёт на себя функцию, вынесенную у процессоров этого поколения за пределы кристалла. КР580ГФ24 — генератор тактовых импульсов и синхронизации, без него процессор просто не запустится. КР580ВК28 (или его модификация ВК38) — системный контроллер и шинный формирователь, превращающий внутренние сигналы состояния процессора в управляющие сигналы для памяти и портов. Дальше идут уже периферийные БИС: КР580ВВ55 — программируемый параллельный интерфейс, КР580ВВ51 — программируемый последовательный интерфейс, КР580ВИ53 — программируемый таймер, КР580ВН59 — контроллер прерываний. Такой «конструктор» из родственных микросхем, а не один процессор в изоляции, и представлял собой полноценный комплект КР580, на котором чаще всего и строились серийные и самодельные машины эпохи.

Где применялось

Самый известный адрес КР580ВМ80 — любительские и полулюбительские компьютеры конца 1980-х: Радио-86РК (конструкция, опубликованная в журнале «Радио» и повторённая тысячами радиолюбителей), заводская «Микроша» и ещё одна широко тиражировавшаяся самодельная машина — «Специалист». Помимо домашних и учебных ЭВМ, микросхема и её обвязка встречались в промышленных контроллерах и измерительной аппаратуре, где нужен был программируемый вычислительный узел, а полноценный мини-компьютер был бы избыточен. Программная база, уже накопленная вокруг архитектуры 8080 (ассемблеры, мониторы, простые программные среды), делала КР580ВМ80 удобным выбором: софт и методики уже существовали, оставалось собрать железо.

Частые вопросы

Чем КР580ВМ80 отличается от Intel 8080? По архитектуре и системе команд — практически ничем: это функциональный аналог, повторяющий регистровую модель, набор инструкций и электрические требования оригинала. Программа, написанная под 8080 в машинных кодах, выполняется на КР580ВМ80 без переделки. Отличия, если и есть, касаются конкретных электрических параметров и разброса частотных градаций у разных партий, а не логики работы микросхемы.

Почему КР580ВМ80 требует сразу три напряжения питания? Так устроена n-МОП технология этого поколения: транзисторной структуре нужно несколько разных уровней смещения, а не один универсальный номинал. Заодно и генератор тактовых импульсов пришлось вынести за пределы кристалла в отдельную микросхему КР580ГФ24. Оба неудобства убрали только в следующем поколении: Intel 8085 и его советский аналог КР1821ВМ85 работают от единственных +5 В и несут генератор тактовых импульсов уже внутри корпуса.

Почему именно эта микросхема стала настолько массовой и культовой в СССР? Совпало несколько факторов: к моменту, когда она стала доступна кружкам и радиолюбителям, вокруг архитектуры 8080 уже существовала отработанная методика построения простых ЭВМ и минимальный набор системного софта, комплект КР580 закрывал все базовые задачи (порты, таймер, прерывания), а конструкция вроде Радио-86РК была устроена достаточно просто, чтобы её мог повторить в одиночку человек с паяльником, без доступа к промышленному оборудованию. Так одна микросхема стала точкой входа в вычислительную технику для целого поколения.

Внешний вид и цоколёвка

Технические характеристики

Аналоги

Прямой зарубежный функциональный аналог — 8080A, оригинальная микросхема Intel, под которую и создавался КР580ВМ80. Тот же процессор представлен и отдельной картой производителя — Intel P8080A. Архитектурно и по системе команд КР580ВМ80 идентичен обеим позициям; отличия, если и заметны, касаются конкретных электрических параметров и частотной градации.

См. также

КР580ВВ55 (программируемый параллельный интерфейс из того же комплекта).