인텔 8085

3. 하드웨어 특징

8085는 인텔 8080을 기반으로 설계되었으나 여러 하드웨어적인 개선이 이루어졌다. 대표적으로 클럭 제네레이터(8224)와 시스템 컨트롤러(8228) 기능을 칩 내부에 통합하여 집적도를 높였다. 또한, 8080이 +12V, +5V, -5V의 세 가지 전원을 필요로 했던 것과 달리, 8085는 +5V 단일 전원만으로 동작하여 시스템 설계를 간소화했다.^[25]

nMOS 회로를 사용하여 설계되었으며, 약 6,500개의 트랜지스터를 집적했다.^[4] 이후 "H" 버전은 인텔의 향상된 nMOS 공정인 HMOS 기술로 제작되었는데, 이는 원래 고속 SRAM 생산을 위해 개발된 기술이었다.^[3]

8080과 중요한 차이점 중 하나는 버스 구조이다. 8085는 8비트 데이터 버스와 16비트 주소 버스의 하위 8비트를 멀티플렉스(multiplex)하여 핀 수를 40개로 유지했다. 이로 인해 외부 메모리나 주변 장치를 연결할 때 버스를 분리(demultiplex)하는 회로가 필요했지만, 주소 래치가 내장된 인텔의 8155, 8355, 8755 메모리 칩과는 직접 연결이 가능하여 시스템 구성을 단순화할 수도 있었다.

또한, 인터럽트 시스템이 강화되어 3개의 마스크 가능한 벡터 인터럽트(RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5)와 비마스크 인터럽트(TRAP) 등이 추가되었고, 수정 진동자를 직접 연결하여 내부 클럭을 생성하는 기능도 내장되었다. DMA 기능은 8080과 유사하게 HOLD와 HLDA 신호를 통해 지원되었다.

3. 1. 아키텍처

8085는 다음과 같은 버스를 갖추고 있다.

• 16비트 주소 버스
• 8비트 데이터 버스

3. 2. 레지스터

• A 레지스터: 8비트 누산기(Accumulator)로 사용된다. 산술 및 논리 연산의 결과를 저장한다.
• B, C, D, E, H, L 레지스터: 개별 8비트 레지스터 또는 특정 명령어에서 16비트 레지스터 쌍(BC, DE, HL)으로 사용된다.
• HL 레지스터 쌍: 일부 명령어에서는 제한적인 16비트 누산기처럼 사용되기도 한다. 또한, HL 레지스터 쌍이 가리키는 메모리 주소의 내용은 M 레지스터(메모리를 나타내는 가상 레지스터)를 통해 접근할 수 있다.

• 스택 포인터 (SP): 메모리의 스택 영역을 가리키는 16비트 스택 포인터이다. 이는 8008의 내부 스택을 대체한다.
• 프로그램 카운터 (PC): 다음에 실행할 명령어의 메모리 주소를 저장하는 16비트 프로그램 계수기이다.

• 부호 플래그 (S): 연산 결과가 음수일 때(즉, 누산기의 최상위 비트인 7번 비트가 1일 때) 1로 설정된다.
• 제로 플래그 (Z): 연산 결과가 0일 때 1로 설정된다.
• 보조 캐리 플래그 (AC): 연산 중 3번 비트에서 4번 비트로 자리올림(carry)이 발생했을 때 1로 설정된다. BCD 연산에 사용된다.
• 패리티 플래그 (P): 연산 결과(누산기 값)에서 1인 비트의 개수가 짝수이면 1로 설정되고, 홀수이면 0으로 설정된다.
• 캐리 플래그 (CY): 연산 결과 누산기의 최상위 비트(7번 비트)에서 자리올림이 발생하거나, 빌림(borrow)이 발생했을 때 1로 설정된다.

3. 3. 명령어 집합

• LXI: 즉시 16비트 값으로 로드.
• INX, DCX: 1씩 증가 또는 감소.
• DAD: HL 레지스터 쌍에 더하기. 이 연산은 캐리 플래그를 업데이트하므로, 24비트 이상의 덧셈이나 좌측 시프트를 구현하는 데 유용하다. HL을 자기 자신에게 더하는 것(DAD HL)은 16비트 산술 좌측 시프트를 한 명령으로 수행한다. 스택 포인터를 HL에 더하는 것(DAD SP)은 스택 프레임 내 변수를 인덱싱하는 데 유용하다.
• LHLD, SHLD: 직접 주소로 지정된 메모리에서 HL을 로드하거나 저장.
• XCHG: HL과 DE 레지스터 쌍의 값을 교환.
• XTHL: 스택에 마지막으로 푸시된 항목과 HL 레지스터 쌍의 값을 교환.
• SPHL: HL의 값을 스택 포인터로 복사.
• PCHL: HL 레지스터 쌍의 값을 프로그램 카운터로 복사하여 해당 주소로 분기.

• RIM (Read Interrupt Mask): 다음 기능을 수행한다.
• * SID(Serial Input Data) 핀의 상태 읽기
• * 인터럽트 마스크 상태 읽기 (RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5)
• * 보류 중인 인터럽트 상태 읽기
• * 인터럽트 활성화 플래그 상태 읽기
• SIM (Set Interrupt Mask): 다음 기능을 수행한다.
• * SOD(Serial Output Data) 핀의 출력 값 설정
• * 인터럽트 마스크 설정 (RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5)
• * RST 7.5 플래그 리셋

동일한 명령이라도 실행 클록 수가 변경된 경우가 많다. 자세한 명령어와 레지스터 세트는 인텔 8080 명령어 세트 및 인텔 8080 레지스터 세트를 참조할 수 있다.

3. 4. 인터럽트

• '''RST 7.5''': 에지 트리거(latch) 방식으로 동작한다. 즉, 신호의 상승 에지에서 인터럽트 요청이 인식되고 기억된다.
• '''RST 6.5''' 및 '''RST 5.5''': 레벨 트리거 방식으로 동작한다. 즉, 해당 핀의 신호 레벨이 high 상태를 유지하는 동안 인터럽트 요청이 유지된다.
• '''TRAP''': 비마스크 인터럽트(NMI)로, 소프트웨어적으로 비활성화할 수 없다. 일반적으로 전원 이상 감지 등 치명적인 오류 처리에 사용된다. 에지와 레벨 트리거 모두에 반응하며, 가장 높은 우선순위를 가진다. 벡터 주소는 0024H이다.
• '''INTR''': 레벨 트리거 방식으로 동작하며, 외부 장치로부터 인터럽트 요청을 받는다. 마스크 가능한 인터럽트 중 가장 낮은 우선순위를 가진다.

• '''RIM(Read Interrupt Mask)''':
• * 현재 인터럽트 마스크 상태(RST 7.5, 6.5, 5.5의 개별 마스크 여부 및 전체 인터럽트 활성화 상태)를 읽는다.
• * 보류 중인 인터럽트(어떤 인터럽트가 요청되었는지) 상태를 확인한다.
• * RST 7.5 인터럽트 요청을 기억하는 내부 래치(플립플롭)를 리셋한다. (인터럽트 서비스 없이 요청 취소)
• * SID(Serial Input Data) 핀을 통해 외부로부터 1비트 직렬 데이터를 입력받는다.
• '''SIM(Set Interrupt Mask)''':
• * RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5 인터럽트를 개별적으로 마스크(비활성화)하거나 마스크를 해제(활성화)한다.
• * SOD(Serial Output Data) 핀을 통해 외부로 1비트 직렬 데이터를 출력한다.

TRAP 인터럽트는 마스크 불가능하며 가장 높은 우선순위를 가진다. INTR은 마스크 가능한 인터럽트 중 가장 낮은 우선순위를 가진다.

3. 5. 입출력(I/O) 설계

4. 소프트웨어 개발 환경

인텔은 8080 및 8085 마이크로프로세서를 위한 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 개발 도구를 제공했다. 초기에는 MDS-80과 같은 데스크톱 크기의 개발 시스템이 사용되었으며, 이는 ISIS 운영 체제를 기반으로 인서킷 에뮬레이터(ICE)와 EPROM 프로그래밍 기능을 지원했다. 이후 휴대성을 높인 iPDS 시스템과 저가형 교육/개발 키트인 SDK-85 보드 등 다양한 형태의 개발 하드웨어가 출시되었다.

소프트웨어 측면에서는 어셈블러 외에도 PL/M-80, 파스칼과 같은 고급 언어 컴파일러를 제공했으며, 작성된 프로그램을 EPROM에 기록하여 임베디드 시스템에서 사용할 수 있도록 연결하고 배치하는 유틸리티도 지원했다. 이러한 개발 환경은 8085 기반 시스템의 설계 및 구현에 활용되었다.

4. 1. 개발 시스템

4. 2. 어셈블러 및 컴파일러

• MDS-80 (Microprocessor Development System): 인텔은 8080 및 8085용으로 MDS-80 마이크로프로세서 시스템으로 알려진 일련의 개발 시스템을 생산했다. 최초의 개발 시스템에는 8080 프로세서가 탑재되었다. 이후 인서킷 에뮬레이터(ICE)를 포함한 8085 및 8086 지원이 추가되었다. 이 시스템은 CPU, 모니터 및 약 20.32cm 플로피 디스크 드라이브 1개를 포함하는 약 약 50.80cm 정육면체 크기의 크고 무거운 데스크톱 박스(인텔 기업 블루 색상)였다. 나중에 플로피 드라이브 2개가 더 있는 외부 박스가 제공되었다. 이 시스템은 ISIS 운영 체제를 실행하며 에뮬레이터 포드 및 외부 EPROM 프로그래머도 작동할 수 있었다. 이 장치는 개발 시스템만을 위해 제작된 멀티버스 카드 케이지를 사용했으며, 이는 멀티버스를 별도의 제품으로 개발하는 결과를 낳았다.
• PDS (Personal Development System): 오리지널 PDS는 CPU와 모니터, 약 20.32cm 플로피 디스크를 사용하는 커다란 박스였는데 ISIS 운영체제와 에뮬레이터 포드와 EPROM 프로그래머를 작동할 수 있었다. 나중에 출시된 iPDS는 손잡이가 달린 휴대용 장치로, 크기는 약 약 20.32cm × 약 40.64cm × 약 50.80cm 정도였다. 작은 녹색 화면, 상단에 내장된 키보드, 약 13.34cm 플로피 디스크 드라이브가 있으며 ISIS-II 운영 체제를 실행했다. 또한 두 번째 8085 프로세서를 수용하여 두 프로세서가 동시에 독립적으로 실행되는 제한적인 형태의 다중 프로세서 작동을 허용했다. 화면과 키보드는 두 프로세서 간에 전환할 수 있어 한 프로세서에서 프로그램을 어셈블하는 동안 다른 프로세서에서 파일을 편집할 수 있었다. 이 장치에는 버블 메모리 옵션과 EPROM, 인텔 8048 및 8051 프로그래밍 모듈을 포함한 다양한 프로그래밍 모듈이 있었으며, 이는 독립형 장치 프로그래머를 대체하여 측면에 꽂을 수 있었다.
• SDK-85 (MCS-85 System Design Kit): 저가형 보드 형태의 개발 키트로, 8085 CPU, 디버깅 모니터 프로그램을 포함하는 8355 ROM, 8155 RAM 및 22개의 I/O 포트, 8279 헥스 키패드 및 8자리 7 세그먼트 LED, 그리고 TTY(텔레타이프) 20mA 전류 루프 직렬 인터페이스가 포함되어 있었다. 2K×8 8755 EPROM을 하나 더 장착할 수 있는 패드가 있었으며, 256 바이트 RAM 8155 I/O 타이머/카운터도 선택적으로 추가할 수 있었다. 모든 데이터, 제어 및 주소 신호는 듀얼 핀 헤더에서 사용할 수 있었고, 넓은 프로토타입 제작 영역이 제공되었다.

4. 3. 시뮬레이터

• 오픈 소스 시뮬레이터:
• * GNUSim8085: 리눅스, 윈도우 환경에서 작동한다.
• * GSim85: 리눅스, 윈도우 환경에서 작동한다.
• 프리웨어 시뮬레이터:
• * Win85: 마이크로소프트 Win32 플랫폼에서 작동한다.
• * Sim8085: 마이크로소프트 Win32 플랫폼에서 작동한다.

5. 응용 사례

8085는 다양한 활용을 위해 MOV, ADD, SUB, JMP 등 여러 명령어로 구성된 명령어 셋을 제공한다. 이를 통해 분기, 덧셈, 뺄셈, 비트 연산, 비트 시프트 같은 기본적인 작업을 수행하는 프로그램을 작성할 수 있었다. 다만 곱셈과 같이 더 복잡한 연산은 별도의 소프트웨어 알고리즘을 통해 구현해야 했다.

이러한 특징을 바탕으로 8085 프로세서는 초기 개인용 컴퓨터, 임베디드 시스템, 우주 항공 분야의 데이터 처리 장치, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 등 다양한 기기에 적용되었다. 특히 저전력 CMOS 버전인 80C85는 여러 제조사에서 생산되었으며, 일부는 추가적인 기능을 갖춘 변형 제품으로 개발되기도 했다. 특정 응용 분야에서는 방사선 경화 처리된 버전이 사용되기도 했다.^[16]

5. 1. 개인용 컴퓨터

5. 2. 임베디드 시스템

5. 3. 우주 항공

5. 4. 산업 제어

6. MCS-85 패밀리

8085는 시스템을 구성하기 위해 인텔이 개발한 많은 주변 칩들과 함께 사용되었는데, 이 칩들을 MCS-85 패밀리라고 한다. 8085 자체는 큰 성공을 거두지는 못했지만, MCS-85 패밀리 칩들은 나중에 인텔 8086 프로세서나 초기 IBM PC 등 다른 시스템에서도 널리 사용되었다. 오늘날 개인용 컴퓨터에는 이 칩들이 직접 사용되지는 않지만, 사우스브리지와 같은 VLSI 칩에 이 칩들과 동등한 기능이 내장되어 있다.

MCS-85 패밀리의 주요 칩들은 다음과 같다.

MCS-85 패밀리 칩들은 8085 CPU와 신호 타이밍 등을 맞춰 설계되었기 때문에, 별도의 외부 회로 없이도 마이크로컴퓨터 시스템을 쉽게 구성할 수 있었다. 예를 들어, 8085 CPU, 8155(RAM, I/O, 타이머), 그리고 8355(ROM, I/O) 또는 8755(EPROM, I/O) 칩 3개만으로 최소 시스템을 구성하는 것이 가능했다. 만약 응용 프로그램이 내장된 레지스터 외에 추가적인 RAM을 요구하지 않는다면, 8085와 8355 또는 8755의 2개의 칩만으로도 시스템을 구성할 수 있었다. 또한 이 칩들은 8085 옆에 배치했을 때 배선 연결이 용이하도록 핀 배치가 고려되어 설계되었다.

7. 어드레싱 모드

8085는 다이렉트 어드레싱 모드, 레지스터 어드레싱 모드, 레지스터 인다이렉트 어드레싱 모드, 이미디어트(immediate) 어드레싱 모드 등 4가지 어드레싱 모드가 있다.

참조

_[1] 웹사이트 The Life Cycle of a CPU https://www.cpushack[...]
_[2] 웹사이트 Intel® Microprocessor Quick Reference Guide - Year https://www.intel.co[...]
_[3] 간행물 New Products: HMOS MCS-85 Chips Uses 20 to 30 Percent Less Power Intel Corporation 1981-07
_[4] 논문 The history of the microcomputer-invention and evolution 1995
_[5] 서적 The MCS-80/85 Family User's Manual http://www.bitsavers[...] Intel 1983-01
_[6] 문서
_[7] 문서
_[8] 문서
_[9] 간행물 Unspecified 8085 op codes enhance programming http://www.club100.o[...] McGraw-Hill 1979-01
_[10] 간행물 Intel's 8086 https://ieeexplore.i[...] IEEE Computer Society 2010-01
_[11] 문서
_[12] 간행물 New EPROM completes 5MHz capability for MCS-85™ family Intel Corporation 1980-01
_[13] 간행물 Microcomputer Component: New industrial grade product line answers the demand for high-reliability components to operate in industrial applications. Intel Corporation 1979-03
_[14] 간행물 Military Products: Intel marches on! Intel Corporation 1979-03
_[15] 웹사이트 Микропроцессорный комплект М1821 http://www.nzpp.ru/p[...] AO NZPP 2016-05-31
_[16] 웹사이트 Description of the Rover Sojourner https://mars.jpl.nas[...]
_[17] 간행물 8086 Available for industrial environment Intel Corporation 1980-05
_[18] 간행물 Microcomputer Components: Intel reduces prices on the 8202, the first single chip, complete solution to dynamic RAM control Intel Corporation 1979-05
_[19] 간행물 New Product Focus Components: A Refreshing New Dynamic RAM Controller Intel Corporation 1984-07
_[20] 간행물 NewsBit: Intel Licenses Oki on CMOS Version of Several Products Intel Corporation 1984-07
_[21] 간행물 New Product Focus Components: Peripheral Vision: The 8256AH Combines Four Chips In One Intel Corporation 1984-07
_[22] 간행물 Intel peripherals enhance 8086 system design Intel Corporation 1980-05
_[23] 간행물 New Products: High-Speed Controller Supports Three Protocols Intel Corporation 1981-07
_[24] 간행물 Feature: 8293 Transceiver completes Intel GPIB family Intel Corporation 1980-01
_[25] 웹인용 Reichel-Orbital museum - CPU Collection https://web.archive.[...] 2009-06-21