Z80-CPU研製的18位微處理器。Z80的主要設計入員參加過的設計工作，因此，Z80是在充分汲取8080微處理器經驗的基礎上設計的。Z80係列在8080的基礎上前進了一大步。它在指令係統功能、中斷處理能力等方麵都比8080係統強得多，而且速度更快，硬件方麵也有許多改進。本章主要介紹的結構、引腳功能和時序。
2.1-1 Z80-CPU 的主要特點
1.Z80采用溝道矽柵耗盡型負載工藝，因而集成度比8080高。例如，8080的集成度是88個，Z80則提高到133個門是單片的，而8080由三片構成；Z80速度比8080快，功耗比8080低。
2.單一電源。Z80隻需要一個電源，而8080需用三種電源。
3.單相時鍾。8080使用雙相時鍾，要用一片8224作時鍾振蕩器，而Z80隻用單相時鍾，使用簡單的電路就能實現，而且8080時鍾頻率提高到6%。
4.增加動態存儲器刷新電路，在內部有一個7位的刷新計數器，可以提供刷新地址，利用取指令周期譯碼期間，自動進行動態存儲器的刷新，因而不必另設刷新電路。而8080無此功能，若使用動態存儲器，要另加刷新電路。
5.增加一條中斷輸入線。Z80比8080多一條中斷輸入線，除非一般中斷求輸入線外，和8080相似還有一條非屏蔽中斷請求輸入線，這是不能用軟件來禁止的中斷請求。它用來處理一些緊急的中斷請求，如掉電事故旳處理等。
6.控製總線的設置。Z80有13條獨立的控製總線，直接產生控製信號，和外界連接很簡單。而8080的係統控製狀態，是由數據總線上的狀態信息碼，經係統控製器82別芯片譯碼產生的。Z80的讀、寫控製信號和8080也不一樣。8080的存儲器讀、存儲器、讀、寫是分開的，而Z80使用一個公用的讀、寫信號，然後用存儲器請求或1/0請求信號來區分是存儲器讀、寫還是1/0讀、寫。
7.入操作時，地址和數據總線浮空的時間關係也有變化。在請求保持時，是在機器周期的第三個和第四個狀態使總線浮空的，這時，進入保持狀態，Z80采用一個直觀的方案：如有總線請求信號（頁胃）輸入，它使地址和數據總線在下一個機器周期的開始就浮空，並且發出總線響應信號。
8.內部寄存器增加，內部寄存器數量比8080增加很多，通用寄存器、累加器、標誌寄存器都分為主輔兩組，兩組之間可以進行數據交換，還增加了兩個16位的變址寄存器。
9.指令係統功能增強，Z80有150條基本指令，所以說Z80的指令係統是向下與8080兼容的。用8080指令係統編寫程序，除了和指令執行時間有關的延時程序外，都可以在Z80上運行，Z80增加了數據塊傳送指令，數據塊檢索指令，按位處理指令和雙字處理指令等。另外尋址方式也比8080多，
10.Z80-CPU的結構
它由如下幾部分組成：寄存器，算術邏輯運算單元，指令寄存器，指令譯碼器和控製，數據總線控製和地址總線控製。以內部各部分通過內部總線互相溝通起來，從用戶角度看，內有由208位讀/寫存儲器，構成化個8位的寄存器。
中保存著將要從存儲器取出指令的存儲器地址。程序是存儲在存儲器中的，因此，去存儲器取指令，就應給出將要被取出指令的地址。這個地址就由的內容所提供。所以，內容的變化就決定了程序執行的順序。例如，希望執行存於20009單元的指令，必須首先將200011置入中。指令周期是這樣進行的：把的內容放在地址總線上，然後把指令字從指向的存儲器中取出來，這時自動加，又指向下一次指令的地址。
例如三字節指令，則每取一字節指令，就增1，取出三字節指令後也就是說，取完一條指令後，仍然指向下條指令地址。若順序執行程序，內容以增量的規律變化著。若要改變執行程序的次序，應該將轉向的地址置入中。例如：當程序出現分支時，由跳轉指令將新分支程序的入口地址置入。當調用子程序時，在調用指令的控製下，將原內容斷點保護進入堆棧後，再將子程序入口地址置入中，在程序執行返回指令時，該指令將使保存在堆棧中的斷點退回中，堆棧是存儲器中的某一個區域，用來暫存數據或地址，對這個區域存取數據的單元地址提供，但對這個區域存取數據隻能按“後進先出”的方式處理。由程序先設定的值，的值一旦設定，堆棧區也就確定了。
堆棧的操作有兩種：一種叫推入或壓入，另一種叫彈出或拉出。在堆棧操作中，棧中的各種元素實際上並未移動，唯一的變化是發生在指示器中。是一個專用16位寄存器，用來儲存棧頂地址。當一個數據字進棧時先將減，棧頂下降，數據字存放在減量後所指向的新找頂，這種操作叫作推入或壓入。如果要從棧中取出數據，則最先取出已經處於棧頂的數據字，然後將5增1，指向棧頂，並依此類推，這種操作叫“彈出”，即每次進行推入或彈出操作以後，都修改堆棧指示器，使它自動指向棧頂。
由於是16位的寄存器，所以堆棧可以設置於64存儲器的任意位置，棧的深度幾乎不受限製，即內存有多大，棧就有多深，這稱為無限棧。堆棧經常用於調用子程序指令中或中斷時保存斷點，、它可以使在執行調用子程序中，再轉入調用另一個子程序的重迭次數（稱為嵌套）不受限製。由於操作規定“後進先出”原則，特別適宜遞歸調用（自己調用自）。棧還可以簡化多級中斷。
在內設有兩個完全相同的變址寄存器IX和IV。用來存儲變址方式的16位基地址，它能與包含在指令中一個操作數（稱為偏移量）相加，形成一個新的有效地址，指向所要訪問的單元。在處理數組和表格時，使用變址寄存器特別方便。
（1）中斷矢量寄存器：
以中斷方式響應中斷過程中，怎樣找到中斷服務程序的入口地址呢？在編製中斷服務程序時，要將中斷服務程序的入口地址存入存儲器；把存儲入口地址的存儲器稱為中斷地址表。因為中斷服務程序入口地址是16位的，而存儲器每一個單元隻有8位，所以每個中斷服務程序入口地址要占地址表的兩個單元。中斷方式允許128個中斷服務程序入口。如果係統用了128個中斷服務程序，則地址表長度為256個單元。如果按貞劃分存儲器地址，則256個單元稱為一頁。中斷地址表可以存於仟意存儲區，但必須將地址表的高8位地址（稱為頁麵地址）裝入寄存器。當以方式響應中斷時，諸求中斷的外部沒備送來地址表地址的低8位，寄存器提供高8位，兩者結合起來，形成16位訪問中斷地址表的地址。將這個地址單元內容取出來放入的低8位，它的下—個單元內容放入的高8位，就指向中斷眼務稈序入門，使進入中斷服務程序了。
（2）動態刷新寄存器
動態依靠柵電容起記憶作用來保存信息，但是電容總是要放電的，如果要保證信息不丟失，賢求時問內重新對電容充一次電，即對儲申元進行一次讀出，稱為刷新操作。
為了提供刷新存儲單元的地址，在Z80-0；內設置了一個刷新地址寄俘器口。這個寄存器是8位的，其低7位是自動加1計數器，每取-條指令尺內容增1，因此寄存器共能提供128個地址編碼，即從0到口7。但動態似的單元數遠遠超過128個單元，丙此每一個地址號不是刷新一個單元，而是刷新一批笮元，每次究竟刷新多少個單元呢？這想規動態似的容量而定。每次刷新甲-元數可以由下麵公式汁算：
（3）每次刷新單元數
在取周期的狀態，對動態進行刷新，這時從存儲器取出的指令正在譯碼，因此不會因對動態0入關刷新而影響運算速度。
累加器中有兩個獨立的8位累加器。在累加器是使用最頻繁的寄存器。當進行各種運算時，累加器入用來存放8位算術運算或邏輯運算的結果，在各種雙操作數的算術和邏輯運算中，總有一個操作數來自累加器中。
（4）標誌寄存器
中有兩個標誌寄存器和它是8位寄存器，其中六位用來表示運算結果的某拽性質，如運算結果是否為零，是正還是負，有沒有進位，等等。
進行不同運算時，為反映運算結果的性質，把相應的標誌位置位或複位。
Z80使用標誌寄存器的六個標誌位，分成兩類，一類是供指令測試的，共有閃位，巾相應指令來檢查每一標誌位，作為條件跳轉、調用.返回的條件.這類標誌位稱為條件測試標誌位；另一類是稱為非測試標誌位，有二位，它們都用於二十進製調控運算。