Zilog Z80/Система команд

В этой статье и ее подстраницах представлены все необходимые данные для создания полноценного эмулятора процессора Z80, включая все недокументированные команды, флаги и особенности поведения в разных режимах (по крайнем мере те, что удалось найти). Статья написана на основе фирменной документации, а также большого количества материалов в Интернете, в основном, на английском языке.

Статья написана с точки зрения создателя эмулятора — максимум сведений по каждой команде приведен в общей таблице (за исключением тех случаев, когда это невозможно в силу объема), вместо словесных описаний большинства команд приводятся алгоритмы их работы. Команды перечислены в порядке, удобном для написания эффективного блока декодирования, поэтому принцип увеличения кодов сохраняется не везде.

Подразумевается, что читатель знаком с базовыми принципами и архитектурой микропроцессоров, поэтому объяснения многих понятий, без знания которых приступать к написанию эмулятора бессмысленно, опущены. Если вы считаете, что нечто важное не упомянуто зря, то дайте знать автору (или дополните сами ;).

Для удобства активной работы с большими таблицами все условные обозначения приведены после них. Часть объемных материалов, например, по эмуляции команды DAA, вынесено на подстраницы.

Список команд

Команды без префикса

Код		Данные	Команда	Действие	Флаги	Такты	Байты	Примечание
2	16				SZ5H3VNC
Без префикса
Группа 00
00 000 000	00		NOP		--------	4	1
00 001 000	08		EX AF, AF'	AF <-> AF'	********	4	1
00 010 000	10	d	DJNZ d	B <- B-1 Если B<>0 то PC <- PC+d	--------	13/8	2	PC равен адресу следующей за DJNZ команды
00 011 000	18	d	JR d	PC <- PC+d	--------	12	2	PC равен адресу следующей команды
00 1СС 000		d	JR СС, d	Если СС то PC <- PC+d	--------	12/7	2	PC равен адресу следующей команды СС включает первые 4 значения CCC
00 RP0 001		nn	LD RP, nn	RP <- nn	--------	10	3
00 RP1 001			ADD HL, RP	HL <- HL + RP	--***-0C	11	1	F5,H,F3 берутся по результатам сложения старших байтов
00 0X0 010			LD [X], A	[X] <- A	--------	7	1	X=0 => BC, X=1 => DE
00 0X1 010			LD A, [X]	A <- [X]	--------	7	1	X=0 => BC, X=1 => DE
00 100 010	22	nn	LD [nn], HL	[nn] <- HL	--------	16	3
00 101 010	2A	nn	LD HL, [nn]	HL <- [nn]	--------	16	3
00 110 010	32	nn	LD [nn], A	[nn] <- A	--------	13	3
00 111 010	3A	nn	LD A, [nn]	A <- [nn]	--------	13	3
00 RP0 011			INC RP	RP <- RP+1	--------	6	1
00 RP1 011			DEC RP	RP <- RP-1	--------	6	1
00 SSS 100			INC SSS	SSS <- SSS+1	SZ5H3V0-	4/11/19*	1	V=1, если SSS=7F до операции
00 SSS 101			DEC SSS	SSS <- SSS-1	SZ5H3V1-	4/11/19*	1	V=1, если SSS=80 до операции
00 DDD 110		d	LD DDD, d	DDD <- d	--------	7/7/15*	2
00 000 111	07		RLCA	Цикл. сдвиг A влево, CY<-A7	--503-0C	4	1	См. #Команды сдвига
00 001 111	0F		RRCA	Цикл. сдвиг A вправо, CY<-A0	--503-0C	4	1	См. #Команды сдвига
00 010 111	17		RLA	Цикл. сдвиг A+CY влево	--503-0C	4	1	См. #Команды сдвига
00 011 111	1F		RRA	Цикл. сдвиг A+CY вправо	--503-0C	4	1	См. #Команды сдвига
00 100 111	27		DAA	Десятичная коррекция	SZ5*3P-*	4	1	См. /DAA
00 101 111	2F		CPL	A <- NOT A	--*1*-1-	4	1	F3 и F5 из A
00 110 111	37		SCF	CY = 1	--*0*-01	4	1	F3 и F5 из A
00 111 111	3F		CCF	CY <- NOT CY	--***-0C	4	1	H <- старый C, F3 и F5 из A
Группа 01
01 110 110	76		HALT		--------	4	1	Повторяет циклы NOP до прерывания или сброса
01 DDD 110			LD DDD, [HL]	DDD <- [HL]	--------	7/15*	1
01 110 SSS			LD [HL], SSS	[HL] <- SSS	--------	7/15*	1
01 DDD SSS			LD DDD, SSS	DDD <- SSS	--------	4	1	DDD и SSS не равны 110
Группа 10
10 000 SSS			ADD A, SSS	A <- A+SSS	SZ5H3V0C	4/7/15*	1
10 001 SSS			ADC A, SSS	A <- A+SSS+CY	SZ5H3V0C	4/7/15*	1
10 010 SSS			SUB A, SSS	A <- A-SSS	SZ5H3V1C	4/7/15*	1
10 011 SSS			SBC A, SSS	A <- A-SSS-CY	SZ5H3V1C	4/7/15*	1
10 100 SSS			AND A, SSS	A <- A AND SSS	SZ513P00	4/7/15*	1
10 101 SSS			XOR A, SSS	A <- A XOR SSS	SZ503P00	4/7/15*	1
10 110 SSS			OR A, SSS	A <- A OR SSS	SZ503P00	4/7/15*	1
10 111 SSS			CP SSS	A-SSS	SZ*H*V1C	4/7/15*	1	F5 и F3 - копия SSS
Группа 11
11 CCC 000			RET CCC	Если CCC то     PCL <- [SP]     PCH <- [SP+1]     SP <- SP+2	--------	11/5	1
11 RP0 001			POP RP	RPH <- [SP] RPL <- [SP+1] SP <- SP+2	-------- ********	10	1	Если RP=3, то подразумевается AF, а не SP
11 001 001	C9		RET	PCL <- [SP] PCH <- [SP+1] SP <- SP+2	--------	10	1
11 011 001	D9		EXX	BC,DE,HL <-> BC',DE',HL'	--------	4	1
11 101 001	E9		JP [HL]	PC <- HL	--------	4	1	С префиксами становится JP [IX], а не JP [IX+d]
11 111 001	F9		LD SP,HL	SP <- HL	--------	6	1
11 CCC 010		nn	JP CCC, [nn]	Если CCC то PC <- nn	--------	10	3
11 000 011	C3	nn	JP nn	PC <- nn	--------	10	3
11 001 011	CB			Префикс
11 010 011	D3	d	OUT (d),A	[Ad] <- A	--------	11	2	Номер порта в реальности 16-разрядный
11 011 011	DB	d	IN A, (d)	A <- [Ad]	--------	11	2	Номер порта в реальности 16-разрядный
11 100 011	E3		EX (SP),HL	[SP] <-> HL	--------	19	1
11 101 011	EB		EX DE,HL	DE <-> HL	--------	4	1	Префиксы игнорируются
11 110 011	F3		DI	IFF1 <- 0 IFF2 <- 0	--------	4	1	Запрет прерывания
11 111 011	FB		EI	IFF1 <- 1 IFF2 <- 1	--------	4	1	Разрешение прерывания. До завершения следующей команды проверка на INT блокируется (как после NONI)
11 ССС 100		nn	CALL ССС, [nn]	Если ССС то     SP <- SP-2     [SP] <- PCL     [SP+1] <- PCH     PC <- nn	--------	17/10	3
11 RP0 101			PUSH RP	SP <- SP-2 [SP] <- RPL [SP+1] <- RPH	--------	11	1	Если RP=3, то подразумевается AF, а не SP
11 001 101	CD	nn	CALL [nn]	SP <- SP-2 [SP] <- PCL [SP+1] <- PCH PC <- nn	--------	17	3
11 011 101	DD			Префикс
11 101 101	ED			Префикс
11 111 101	FD			Префикс
11 000 110	C6	d	ADD A, d	A <- A+d+CY	SZ5H3V0C	7	2
11 001 110	CE	d	ADC A, d	A <- A+d+CY	SZ5H3V0C	7	2
11 010 110	D6	d	SUB A, d	A <- A-d	SZ5H3V1C	7	2
11 011 110	DE	d	SBC A, d	A <- A-d-CY	SZ5H3V1C	7	2
11 100 110	E6	d	AND A, d	A <- A AND d	SZ513P00	7	2
11 101 110	EE	d	XOR A, d	A <- A XOR d	SZ503P00	7	2
11 110 110	F6	d	OR A, d	A <- A OR d	SZ503P00	7	2
11 111 110	FE	d	CP A, d	A-d	SZ*H*V1C	7	2	F5 и F3 - копия d
11 NNN 111			RST NNN	[SP-1] <- PCH [SP-2] <- PCL SP <- SP-2 PCH <- 0 PCL <- NNN*8	--------	11	1

Префикс CB

Код		Данные	Команда	Действие	Флаги	Такты	Байты	Примечание
2	16				SZ5H3VNC
11 001 011 00 rot SSS	CB xx		rot SSS *SLL SSS	Битовый сдвиг	SZ503P0C	8/15*	2	rot=110 (SLL) - недок.
11 001 011 01 bit SSS	CB xx		BIT bit, SSS	SSS AND 2^bit	*Z513*0-	8/12*	2	Установка флагов - см. /BIT
11 001 011 10 bit SSS	CB xx		RES bit, SSS	SSS <- SSS AND NOT(2^bit)	--------	8/15*	2
11 001 011 11 bit SSS	CB xx		SET bit, SSS	SSS <- SSS OR 2^bit	--------	8/15*	2

Префикс ED

Код		Данные	Команда	Действие	Флаги	Такты	Байты	Примечание
2	16				SZ5H3VNC
Группа 00
11 101 101 00 XXX XXX	ED xx		INVALID	NOP/NONI	--------	8	2	R увеличивается на 2 (далее аналогично)
Группа 01
11 101 101 01 110 000	ED 70		*IN F, [C]	IN[BC]	SZ503P0-	12?	2	Меняются только флаги Номер порта в реальности 16-разрядный
11 101 101 01 DDD 000	ED xx		IN DDD, [C]	DDD <- IN[BC]	SZ503P0-	12	2	DDD кроме 110
11 101 101 01 110 001	ED 71		*OUT [C], 0	OUT[BC] <- 0	--------	12	2
11 101 101 01 SSS 001	ED xx		OUT [C], SSS	OUT[BC] <- SSS	--------	12	2	SSS кроме 110 Номер порта в реальности 16-разрядный
11 101 101 01 RP0 010	ED xx		SBC HL, RP	HL <- HL-RP-C	SZ***V1C	15	2	См. ADD HL, RP
11 101 101 01 RP1 010	ED xx		ADC HL, RP	HL <- HL+RP+C	SZ***V0C	15	2	См. ADD HL, RP
11 101 101 01 RP0 011	ED xx	nn	LD [nn], RP	[nn] <- RP	--------	20	4
11 101 101 01 RP1 011	ED xx	nn	LD RP, [nn]	RP <- [nn]	--------	20	4
11 101 101 01 XXX 100	ED 44		NEG/*NEG	A <- 0-A	SZ5H3V1C	8	2	XXX<>0 недок PV=1 если перед операцией A=80 С=1 если перед операцией A<>0
11 101 101 01 001 101	ED 4D		RETI	IFF1 <- IFF2 SP <- SP+2 PC <- [SP-2]	--------	14	2	Возврат из INT
11 101 101 01 XXX 101	ED xx		RETN *RETN	IFF1 <- IFF2 SP <- SP+2 PC <- [SP-2]	--------	14	2	Возврат из NMI XXX=1 => RETI XXX>1 недок.
11 101 101 01 X00 110	ED 46		IM 0/*IM 0	IM <- 0	--------	8	2	X=1 недок
11 101 101 01 X01 110	ED 4E		*IM 0/1	IM <- 0/1?	--------	8	2	Устанавливается один из режимов, какой - по одним источникам неизвестно, по другим IM 0
11 101 101 01 X10 110	ED 56		IM 1/*IM 1	IM <- 1	--------	8	2	X=1 недок
11 101 101 01 X11 110	ED 5E		IM 2/*IM 2	IM <- 2	--------	8	2	X=1 недок
11 101 101 01 000 111	ED 47		LD I, A	I <- A	--------	9	2
11 101 101 01 001 111	ED 4F		LD R, A	R <- A	--------	9	2
11 101 101 01 010 111	ED 57		LD A, I	A <- I PV <- IFF2	SZ503*0-	9	2	Известная ошибка: если в момент выполнения команды получено прерывание, то в PV вместо 1 ошибочно попадает 0. Есть программы, которые строят на этом защиту от эмуляции.
11 101 101 01 011 111	ED 5F		LD A, R	A <- R PV <- IFF2	SZ503*0-	9	2	См. LD A, I Значение в A равно R выполнения инструкции
11 101 101 01 100 111	ED 67		RRD		SZ503P0-	18	2	Флаги по результату в A
11 101 101 01 101 111	ED 6F		RLD		SZ503P0-	18	2	См. RRD
11 101 101 01 11X 111	ED xx		NOP		--------	8?	2
Группа 10
11 101 101 10 0XX XXX	ED xx		*INVALID	NOP/NONI	--------	8	2
11 101 101 10 100 000	ED A0		LDI	[DE] <- [HL] DE <- DE+1 HL <- HL+1 BC <- BC-1	--*0**0-	16	2	PV=1 если после декремента BC<>0 F3=бит 3 операции переданный байт + A F5=бит 1 операции переданный байт + A R увеличивается на 2 (далее аналогично)
11 101 101 10 100 001	ED A1		CPI	A-[HL] HL <- HL+1 BC <- BC-1	SZ*H**1-	16	2	PV=1 если после декремента BC<>0 S,Z,HC из A-[HL] F3=бит 3 операции A-[HL]-HC, где HC взят из F после предыдущей операции F5=бит 1 операции A-[HL]-HC
11 101 101 10 100 010	ED A2		INI	[HL] <- IN [BC] HL <- HL+1 B <- B-1	SZ5*3***	16	2	Адрес порта 16-битный из ВС Флаги см. /INI
11 101 101 10 100 011	ED A3		OUTI	OUT [BC] <- [HL] HL <- HL+1 B <- B-1	SZ5*3***	16	2	См. INI
11 101 101 10 100 1XX	ED xx		*INVALID	NOP/NONI	--------	8	2
11 101 101 10 101 000	ED A8		LDD	[DE] <- [HL] DE <- DE-1 HL <- HL-1 BC <- BC-1	--*0**0-	16	2	См. LDI
11 101 101 10 101 001	ED A9		CPD	A-[HL] HL <- HL-1 BC <- BC-1	SZ*H**1-	16	2	См. CPI
11 101 101 10 101 010	ED AA		IND	[HL] <- IN [BC] HL <- HL-1 B <- B-1	SZ5*3***	16	2	См. INI
11 101 101 10 101 011	ED AB		OUTD	OUT [C], [HL] HL <- HL-1 B <- B-1	SZ5*3***	16	2	См. INI
11 101 101 10 101 1XX	ED xx		*INVALID	NOP/NONI	--------	8	2
11 101 101 10 110 000	ED B0		LDIR	Повторять LDI до BC=0, т.е.:     Выполнить LDI     Если BC<>0 то PC <- PC-2	--*0**0-	21/16**	2	См. LDI R увеличивается на 2 каждый цикл?
11 101 101 10 110 001	ED B1		CPIR	Повторять CPI до BC=0	SZ*H**1-	21/16**	2	См. CPI
11 101 101 10 110 010	ED B2		INIR	Повторять INI до B=0	SZ5*3***	21/16**	2
11 101 101 10 110 011	ED B3		OTIR	Повторять OTI до B=0	SZ5*3***	21/16**	2
11 101 101 10 110 1XX	ED xx		*INVALID	NOP/NONI	--------	8	2
11 101 101 10 111 000	ED B8		LDDR	Повторять LDD до BC=0	--*0**0-	21/16**	2	См. LDI
11 101 101 10 111 001	ED B9		CPDR	Повторять CPD до BC=0	SZ*H**1-	21/16**	2	См. CPI
11 101 101 10 111 010	ED BA		INDR	Повторять IND до B=0	SZ5*3***	21/16**	2	См. INI
11 101 101 10 111 011	ED BB		OTDR	Повторять OTD до B=0	SZ5*3***	21/16**	2	См. INI
11 101 101 10 111 1XX	ED xx		*INVALID	NOP/NONI	--------	8	2
Группа 11
11 101 101 11 XXX XXX	ED xx		*INVALID	NOP/NONI	--------	8	2

Префиксы DD и FD

• Для FD IX заменяется на IY

Код		Команда	Действие	Флаги	Такты	Байты	Примечание
2	16			SZ5H3VNC
11 011 101 11 011 101	DD DD		NOP/NONI	--------	4	1	Префикс игнорируется
11 011 101 11 101 101	DD ED		NOP/NONI	--------	4	1	Префикс игнорируется
11 011 101 11 111 101	DD FD		NOP/NONI	--------	4	1	Префикс игнорируется
11 011 101 11 001 011	DD CB		Двойной префикс				См. #Префиксы DDCB и FDCB
11 011 101 xx xxx xxx	DD xx	Все однобайтовые команды, использующие HL	HL заменяется на IX		+4	+1	Исключение: EX DE, HL
11 011 101 xx xxx xxx	DD xx	*Все однобайтовые команды, использующие H	H заменяется на IXH		+4	+1
11 011 101 xx xxx xxx	DD xx	*Все однобайтовые команды, использующие L	L заменяется на IXL		+4	+1
11 011 101 xx xxx xxx dd ddd ddd	DD xx dd	Все однобайтовые команды, использующие [HL]	[HL] заменяется на [IX+d]		+8	+2	H и L без изменений, т.е. LD H, [HL] => LD H, [IX+d] Также JP [HL] => JP [IX], а не IX+d
		Остальные команды	Без изменений		+4	+1	R увеличивается на 2, а не на 1

Префиксы DDCB и FDCB

• Для FDCB IX заменяется на IY

Код		Данные	Команда	Действие	Флаги	Такты	Байты	Примечание
2	16				SZ5H3VNC
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 00 rot 110	DD CB dd xx		rot [IX+d] *SLL [IX+d]	Битовый сдвиг байта в памяти	SZ503P0C	23	4	rot=110 (SLL) - недок.
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 00 rot DDD	DD CB dd xx		*LD DDD, rot [IX+d]	Битовый сдвиг байта в памяти и запись результата в регистр	SZ503P0C	23?	4	Результат попадает в регистр даже если он не был записан в память (например, адрес попал на ROM) DDD кроме 110
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 01 bit XXX	DD CB dd xx		BIT bit, [IX+d] *BIT bit, [IX+d]		*Z*1**0-	20	4	для XXX<>6 недок. P/V, Z и S как в BIT F5 и F3 копии соотв. битов старшего байта адреса IX+d
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 10 bit 110	DD CB dd xx		RES bit, [IX+d]	Сброс бита [IX+d] <- [IX+d] AND NOT(2^bit)	--------	23	4
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 10 bit DDD	DD CB dd xx		*LD DDD, RES bit, [IX+d]	Сброс бита и запись результата в регистр	--------	23?	4	Результат попадает в регистр даже если он не был записан в память (например, адрес попал на ROM) DDD кроме 110
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 11 bit 110	DD CB dd xx		SET bit, [IX+d]	Установка бита [IX+d] <- [IX+d] OR 2^bit	--------	23	4
11 011 101 11 001 011 dd ddd ddd 11 bit DDD	DD CB dd xx		*LD DDD, SET bit, [IX+d]	Установка бита и запись результата в регистр	--------	23?	4	Результат попадает в регистр даже если он не был записан в память (например, адрес попал на ROM) DDD кроме 110

Внешние сигналы

Сигнал	Действие	Флаги	Такты	Примечание
NMI	IFF1 <- 0 SP <- SP-2 [SP] <- PC PC <- 0066		11	Вход NMI работает по отрицательному фронту, который запоминается в триггере
INT	Если IFF1=1     IFF1 <- 0     IFF2 <- 0     Если IM=0      Чтение команды с      шины данных,      выполение     Если IM=1      RST 38     Если IM=2      Чтение байта d с      шины данных      CALL [Id]		IM0: 13 (RST) IM1: 13 IM2: 19	Вход INT работает по низкому уровню, для возврата к 1 требуется дополнительная логика (определение RETI на шине данных или программное переключение). Проверка INT происходит после выполнения инструкции. Id представляет собой комбинацию старшего байта из регистра I и младшего, полученного по шине. В PC передается значение, взятое из памяти по адресу Id.
RESET	PC <- 0 IFF1 <- 0 IFF2 <- 0 I <- 0 R <- 0 IM <- 0

Пояснения к таблицам

Общие принципы

• Недокументированные команды обозначены звездочкой;
• T=4/7/15* означает, что для регистров время исполнения команды 4 такта, для [HL] — 7, для [IX(IY)+d] — 15. При этом 15 НЕ включает 4 такта выборки префикса, которые должны быть учтены в момент его обработки;
• T=21/17** в блочных операциях означает, что команда выполняется 21 такт при повторении и 17 тактов в последний раз;
• T=17/10 у операторов условного перехода означает, что время исполнения 17 тактов при переходе и 10 без перехода;
• NONI обозначает псевдокоманду, эквивалентную NOP, но после которой не проверяется запрос на прерывание;
• В таблице подразумевается, что в момент исполнения операции PC равен адресу следующей по порядку команды;
• В операциях вида IX+d, d является числом со знаком, в диапазоне −128…+127.

Регистры и флаги

• A, B, C, D, E, H, L — 8-разрядные регистры;
• AF, ВС, DE, HL — регистровые пары;
• PC — указатель текущей команды. PCH и PCL — старший и младший байты, соответственно;
• SP — указатель стека;
• F — Регистр флагов
  • S: SIGN/Знак. Копия старшего бита результата операции.
  • Z: ZERO/Ноль. Равен 1, если результат равен 0.
  • *F5: Если не оговорено обратное, равен 5-му биту результата.
  • HC: HALF CARRY/Половинный перенос. Обозначает перенос в 4-й бит или заем из него. Используется командой DAA.
  • *F3: Если не оговорено обратное, равен 3-му биту результата.
  • P/V: PARITY/OVERFLOW/Четность/Переполнение. После одних команд — четность, после других — переполнение. Также копия IFF2 после команд LD A,R и LD A, I
  • N: Тип предыдущей операции. 0 — сложение, 1 — вычитание. Используется командой DAA.
  • CY: CARRY/Перенос. Обозначает перенос из старшего бита или заем в него.
• A`, F`, ВС`, DE`, HL` — второй набор регистров. Переключение между наборами производится командами EX, EXX. При этом установить, какой именно из наборов активен в настоящий момент, невозможно.
• IFF1: Флаг разрешения прерывания;
• IFF2: Флаг, копия IFF1 во время обработки NMI;
• R: Регистр регенерации памяти, 8 бит. Увеличивается на 1 после каждой выборки команды, но инкремент затрагивает только младшие 7 бит, старший бит не меняется и может быть использован в программах.
  • При выборке команды с префиксом, R увеличивается еще на 1. В блочных командах R увеличивается на 2 в каждой итерации.
  • Для правильной работы LD A, R и LD R, A увеличение R должно происходить до выполнения команды.
  • Прием прерывания увеличивает R на единицу.
  • Часто используется в программах как генератор случайных чисел.
• I: Старший байт адреса вектора прерывания в режиме IM 2;
• IM: Режим обработки прерываний. Устанавливается командами IM 0/1/2.

Расшифровка обозначений

DDD, SSS

Код2	000	001	010	011	100	101	110	111
Код10	0	1	2	3	4	5	6	7
Без префикса	B	C	D	E	H	L	[HL]	A
Префикс DD					*IXH	*IXL	[IX+d]
Префикс FD					*IYH	*IYL	[IY+d]

CCC

Код2	000	001	010	011	100	101	110	111
Код10	0	1	2	3	4	5	6	7
Флаг	Z=0	Z=1	CY=0	CY=1	PV=0	PV=1	S=0	S=1
Обозначение	NZ	Z	NC	C	PO	PE	P	M
Значение	Не ноль	Ноль	Нет переноса	Перенос	Нечетный Нет переполнения	Четный Переполнение	Положителный	Отрицательный

RP

Код2	00	01	10	11
Код10	0	1	2	3
Без префикса	ВС	DE	HL	SP или AF
Префикс DD			IX или IX+d
Префикс FD			IY или IY+d

rot

Код2	000	001	010	011	100	101	110	111
Код10	0	1	2	3	4	5	6	7
Команда	RLC	RRC	RL	RR	SLA	SRA	*SL1	SRL

Описание работы каждой команды см. ниже.

Особенности выполнения команд

Префиксы

Назначение префикса — модификация поведения следующей за префиксом команды. В Z80 обработка префиксов имеет следующие особенности:

• Считывание префикса занимает 4 такта и добавляет к регистру R единицу. То есть, выполнение команды с префиксом увеличивает R на 2 вместо 1;
• Команды с префиксами CB, ED, DDCB, FDCB удобнее обрабатывать сразу, обратив внимание на поведение регистра R, указанное выше.
• При получении префиксов DD и FD нужно проверить следующий байт:
  • Если это DD, FD или ED, то префикс нужно проигнорировать, выполнив команду NONI — 4 такта, прерывания не проверяются. Эффект такого поведения состоит в том, что при наличии длинной цепочки префиксов прерывание (даже NMI) сможет сработать только после ее завершения (точнее, после первой команды, следующей за цепочкой);
  • Если следующий байт равен CB, то нужно обработать команду из категории DDCB/FDCB.
• Если предыдущий пункт пройден, префиксы DD и FD должны просто установить внутренний флаг замены HL на IX или IY для следующей команды;
• Если модифицированная команда использует адрес вида (IX+d) вместо (HL), то ее длина увеличивается на один дополнительный байт d, а время выполнения - на 8 тактов (плюс, конечно, 4 такта на префикс). Например:
  • LD B,C имеет код «41» и занимает 1 байт и 4 такта;
  • LD B,(HL) имеет код «46» и занимает 1 байт и 7 тактов;
  • LD B,(IX+d) имеет код «DD 46 d» и занимает 3 байта и 19 тактов.(4_{префикс} + 7_{команда} + 8_{замена (HL)}).
• Недопустимые команды с префиксом ED должны обрабатываться как NONI на 8 тактов с увеличением R на 2.

Далее приведена таблица команд, на которые влияют префиксы DD и FD (взято из [1]):

+-------------------------------------------------+
|                   60 70                         |
|       21          61 71                   E1    |
|       22          62 72                         |
|       23          63 73                   E3    |
|       24 34 44 54 64 74 84 94 A4 B4             |
|       25 35 45 55 65 75 85 95 A5 B5       E5    |
|       26 36 46 56 66    86 96 A6 B6             |
|                   67 77                         |
|                   68                            |
| 09 19 29 39       69                      E9 F9 |
|       2A          6A                            |
|       2B          6B                CB          |
|       2C    4C 5C 6C 7C 8C 9C AC BC             |
|       2D    4D 5D 6D 7D 8D 9D AD BD             |
|       2E    4E 5E 6E 7E 8E 9E AE BE             |
|                   6F                            |
+-------------------------------------------------+

Команды сдвига

RLC	RRC
RL	RR
SLA	SRA
*SL1, SLL (недок.)	SRL
RLD	RRD

Команды ввода-вывода

Хотя в официальной документации написано, что номера портов имеют 8 разрядов, в реальности Z80 формирует 16-разрядный номер порта, и в некоторых компьютерах (ZX Spectrum, например) это используется. Правило следующее:

• IN A, d / OUT d, A — старший байт номера порта берется из A, то есть полный номер — [Ad];
• IN r, C / OUT C, r — старший байт номера порта берется из B, то есть полный номер — [BC];

Прерывания

• Проверка на наличие запроса на прерывание производится процессором после выполнения инструкции;
• Немаскируемое прерывание NMI имеет более высокий приоритет по сравнению с INT;
• После обработки префиксов, некоторых команд (EI), а также недопустимых операций с префиксом ED, проверка запроса на прерывание блокируется, даже NMI. Это сделано для того, чтобы прерывание не отменило действие префикса на следующую команду. Что касается EI, то запрет проверки сделан для того, чтобы прерывание не сработало между командами EI и RETI, которыми обычно завершается обработчик, если низкий уровень на входе INT еще активен. Стандартная периферия Z80 может отслеживать прохождение команды RETI и снимать запрос на прерывание автоматически.

Ошибка с чтением IFF2

Известная проблема с получением значения IFF2 командами LD A,I и LD A,R состоит в том, что если в момент исполнения команды приходит прерывание, и прерывания разрешены, во флаг PV попадает 0 вместо 1. Учет этой особенности создателями программ имеет два направления:

1. Обход ошибки. Команда LD A,I выполняется два раза подряд. Если хоть в одном случае получена 1, значит прерывания разрешены. Принцип этого трюка в том, что прерывания обычно приходят с определенной периодичностью, и вероятность их получения в двух командах, идущих подряд, равна нулю.
2. Защита от эмуляции. Программа выполняет цикл из операций вида LD A, I в течение некоторого времени, гарантирующего приход хотя бы одного прерывания. Если ошибочное значение не было получено ни разу, программа делает вывод, что выполняется под эмулятором. Чтобы обмануть такую программу, нужно учитывать описанную особенность Z80.

Есть сведения, что в поздних вариантах Z80 эта ошибка была исправлена.

Расширенные материалы

• /DAA — подробное описание работы команды DAA;
• /BIT — особенности установки недокументированных флагов командой BIT;
• /INI — вычисление флагов в командах блочного ввода-вывода.

Ссылки

•   Z80 Family CPU User Manual (англ.)
• Декодирование кодов команд (англ.)
• Таблица команд со временем исполнения (англ.)
• Алфавитный список команд с пояснениями (англ.)
• Действие команд на флаги (англ.)
• Недокументированные команды (англ.)