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Z80は、インテル社の 8080マイクロプロセッサ の改良型と言える製品であり、8080に対して、若干のアーキテクチャの拡張、電源の 5V単一化、および、より高いクロック周波数への対応などが図られた。 アーキテクチャの拡張では、DRAMの情報を維持(リフレッシュ)する機能の内蔵とそのためのレジスタの追加、8080では1組であった汎用レジスタ群を、切り替えて使用できる表と裏の2組とし、また、2つのインデックス・レジスタとそのための追加されを含む命令の増強、割り込み制御の強化、ワイヤード・ロジックによる命令の実行、などが行われている。 8080に対して上位互換性を持ち、8080のために書かれたソフトウェアを一切の変更無しに実行できるが、命令を書き表すための「ニーモニック」は8080とは全く異なり、記述の容易さが勘案され、より整理されたものとなった。
セカンド・ソース契約による他社での生産も行われ、こうした製品には、日本電気(NEC)の「μPD780」、シャープの「LH0080」、モステックの「MK3880」などがある。
もともとはNMOSプロセスで製造されたが、一部のセカンド・ソースの製造者からは、独自にCMOSプロセス化し消費電力の低減を図った製品( NEC「μPD70008」、シャープ「LH5080」、東芝「TMPZ84C00」など)も出荷されている。
また、ナショナル・セミコンダクターからは、CMOS化とともに、インテル8085のようにアドレスバスの下位とデータバスとを共用させた、Z80とソフトウェアの互換性を持つ「NSC800」が製造がされた。
現在でも制御、組込用として、メモリおよび周辺機器の制御用回路を単一のパッケージに集積したLSIが製造されており、ASICのIPコアとしてZ80の互換プロセッサを用意するデバイスメーカーも多い。
Z80と、その互換プロセッサは、日本電気の PC-6001、8001 、8801の各シリーズ、シャープのMZやX1の各シリーズや、MSX といったコンピュータに搭載された。
開発者の間では、しばしば「ぜっぱち」と略して呼ばれることが多い。