A.- V._, geboren 1943, leidet an den Folgen einer in der frühesten Kindheit erlittenen Poliomyelitis; zudem besteht eine psychische Beeinträchtigung. Bis Ende Oktober 1992 arbeitete sie als Sekretärin an verschiedenen Arbeitsplätzen, zuletzt bei der Firma N._. Bis am 13. Mai 1994 bezog sie Arbeitslosenentschädigungen. Am 24.
Oktober 1994 meldete sie sich zum Bezug einer Rente der Invalidenversicherung an. Mit Verfügung vom 28. Februar 1995 wies die IV-Stelle des Kantons Zürich das Begehren mit der Begründung ab, dass für die Erwerbslosigkeit invaliditätsfremde Faktoren (Arbeitslosigkeit) ausschlaggebend seien.
Auf eine Neuanmeldung vom 4. Juni 1996 nahm sie medizinische und berufliche Abklärungen vor und übernahm ein sechsmonatiges Arbeitstraining in der ESPAS (Stiftung für wirtschaftliche und soziale Integration Erwerbsbeeinträchtigter), Zürich, welches vom 14. Juli 1997 bis Januar 1998 dauerte und in der Folge bis Juni 1998 verlängert wurde (Verfügungen vom 14. August 1997 und 19. Januar 1998). Gemäss Abschlussbericht der ESPAS vom 29. Juni 1998 ist die Versicherte als kaufmännische Angestellte zu 50 % arbeitsfähig und vermöchte auf dem allgemeinen Arbeitsmarkt einen Verdienst von Fr. 2'000.- im Monat zu erzielen. Nach Vornahme zusätzlicher Abklärungen erliess die IV-Stelle am 9. April 1999 eine weitere Verfügung, mit welcher sie der Versicherten mit Wirkung ab 1. Juni 1995 eine halbe Invalidenrente aufgrund eines Invaliditätsgrades von 60 % zusprach.
B.- V._ beschwerte sich gegen diese Verfügung und beantragte, es sei ihr eine ganze Rente zuzusprechen und es sei festzustellen, dass der Rentenanspruch bereits am 1. November 1993 entstanden sei, weshalb die Rente aufgrund der in diesem Zeitpunkt massgebend gewesenen Berechnungsgrundlagen festzusetzen sei.
In teilweiser Gutheissung der Beschwerde hob das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich die angefochtene Verfügung insoweit auf, als der Rentenberechnung eine anrechenbare Beitragsdauer von 31 Jahren und das auf dieser Basis ermittelte durchschnittliche Jahreseinkommen zugrunde gelegt wurden, und wies die Sache an die IV-Stelle zurück, damit sie die Rente auf der Basis von 29 anrechenbaren Beitragsjahren und den entsprechenden durchschnittlichen Jahreseinkommen neu vornehme. Im Übrigen wies es die Beschwerde ab (Entscheid vom 20. September 2000).
C.- V._ lässt Verwaltungsgerichtsbeschwerde führen mit dem Rechtsbegehren, in teilweiser Aufhebung des angefochtenen Entscheids sei ihr eine ganze Invalidenrente zuzusprechen; eventuell sei die Sache zu ergänzender medizinischer Abklärung und neuer Verfügung an die Verwaltung zurückzuweisen; ferner sei ihr die unentgeltliche Verbeiständung zu gewähren.
Die IV-Stelle des Kantons Zürich beantragt Abweisung der Verwaltungsgerichtsbeschwerde. Das Bundesamt für Sozialversicherung lässt sich nicht vernehmen.

Das Eidg. Versicherungsgericht zieht in Erwägung:
1.- Im vorinstanzlichen Entscheid werden die Bestimmungen über den Begriff der Invalidität (<ref-law>), den Umfang des Rentenanspruchs (Art. 28 Abs. 1 und 1bis IVG) und die Bemessung des Invaliditätsgrades nach der Einkommensvergleichsmethode (<ref-law>) zutreffend dargelegt, sodass darauf verwiesen werden kann.
2.- Streitig ist zunächst, in welchem Umfang die Beschwerdeführerin arbeitsfähig ist und welche Arbeitsleistungen ihr noch zugemutet werden können.
a) Im Bericht des Psychiatrie-Zentrums Hard, Zürich, vom 10. Juli 1996 wird ausgeführt, die Versicherte sei vom 14. Dezember 1995 bis 16. Februar 1996 wegen einer schweren depressiven Episode mit psychotischen Symptomen hospitalisiert gewesen. Sie leide seit zwanzig Jahren an einem halluzinatorischen Syndrom; zudem lägen psychosoziale Belastungsfaktoren (mehrjährige Arbeitslosigkeit, soziale Isolation, Tod der Mutter) vor. Weil die Krankheitssymptome stark zugenommen hätten und die Versicherte aus dem Arbeitsprozess ausgeschieden sei, betrage die Arbeitsfähigkeit wahrscheinlich lediglich noch etwa 20 %. Durch ein Training (z.B. in einem Bürocenter oder mittels eines Computerkurses) könnte die Arbeitsfähigkeit verbessert werden, möglicherweise auf 50 %, eventuell auch auf 100 %. Dr.
med. L._, welche die Versicherte wegen Knieschmerzen bei Gonarthrose und Patella infera links behandelte, erachtete am 7. August 1996 eine Tätigkeit als Sekretärin (sitzende Arbeit mit der Möglichkeit zur Bewegung und Entlastung des linken Beines) als zu 50 % möglich mit der Feststellung, dass die Arbeitsfähigkeit vorab durch die psychische Verfassung beeinträchtigt sei. Die Klinik X._ verneinte mit Bericht vom 7. Oktober 1996 eine Arbeitsunfähigkeit als Sekretärin aus orthopädischer Sicht.
Dr. med. K._, welcher die Versicherte nach einer am 13. November 1997 erlittenen Tibiafissur behandelte, schätzte die Arbeitsfähigkeit unter Berücksichtigung der bestehenden Gehbehinderung und der Depression auf 50 %. Die ESPAS, wo die Versicherte in der Zeit von Juli 1997 bis Juni 1998 ein Arbeitstraining absolvierte, führte im Abschlussbericht vom 29. Juni 1998 aus, die angestrebte Erhöhung der Arbeitszeit auf 75 % habe nicht erreicht werden können. Die Versicherte arbeite nach wie vor fünf Stunden im Tag, was ihren Angaben zufolge die obere Belastungsgrenze für ihre Konzentrationsfähigkeit und den körperlichen Einsatz darstelle. Nebst den ordentlichen Pausen beanspruche sie zusätzliche kurze Unterbrüche, um sich zu erholen.
Eine 50%ige Leistung vermöge sie in vier bis fünf Stunden zu erbringen.
b) Verwaltung und Vorinstanz sind aufgrund dieser Angaben zu Recht zum Schluss gelangt, dass von einer Arbeitsfähigkeit in einer behinderungsangepassten Tätigkeit von 50 % auszugehen ist. Aus dem Bericht des Psychiatrie-Zentrums Hard geht zwar hervor, dass die Beschwerdeführerin zufolge einer schweren depressiven Episode, welche zu einer Hospitalisation vom 14. Dezember 1995 bis 16. Februar 1996 Anlass gegeben hatte, vorübergehend vollständig arbeitsunfähig war. Bei der Feststellung des Psychiatrie-Zentrums, wonach in der Folge eine Arbeitsfähigkeit von lediglich etwa 20 % bestanden hat, wird mitberücksichtigt, dass die Versicherte während längerer Zeit arbeitslos gewesen war; gleichzeitig wird die Auffassung vertreten, dass die Arbeitsfähigkeit durch ein geeignetes Arbeitstraining verbessert werden könnte, was sich im Rahmen der von der Invalidenversicherung übernommenen beruflichen Massnahme denn auch bestätigt hat. Wie die Vorinstanz zu Recht feststellt, besteht kein Anlass zur Anordnung einer ergänzenden psychiatrischen Abklärung. Zum einen hat auch Dr. med. K._ in seinem Bericht vom 7. Oktober 1998 eine Arbeitsfähigkeit von 50 % unter Berücksichtigung sowohl der organischen wie der psychischen Beeinträchtigungen bestätigt; zum andern ergeben sich aus dem Abschlussbericht der ESPAS vom 29. Juni 1998, welcher auf einer Abklärungs- und Beobachtungszeit von mehr als einem Jahr beruht, keine Anhaltspunkte dafür, dass sich der psychische Zustand in einer für die Arbeitsfähigkeit relevanten Weise verschlechtert hätte.
c) In der Verwaltungsgerichtsbeschwerde wird nicht bestritten, dass der Beschwerdeführerin im Büro- und Sekretariatsbereich ein Arbeitspensum von 50 % zumutbar ist. Es wird indessen geltend gemacht, die Versicherte sei zufolge der bestehenden Behinderungen auch im Rahmen einer Halbtagsarbeit zusätzlich in der Leistungsfähigkeit beeinträchtigt.
Aus dem Bericht der ESPAS geht diesbezüglich hervor, dass die Beschwerdeführerin neben den ordentlichen Arbeitspausen kurze Unterbrüche zur Erholung und Lockerung benötigt.
Bei einer täglichen Arbeitszeit von vier bis fünf Stunden vermag sie aber eine Leistung von 50 % zu erbringen.
Die Beurteilung der Leistungsfähigkeit durch die ESPAS bezieht sich somit nicht auf die zumutbare Arbeitszeit, sondern auf die Arbeitsfähigkeit selbst, weshalb hierauf abgestellt werden kann. Es trifft sodann zu, dass die Versicherte auf einen Arbeitsplatz angewiesen ist, an dem kein grosser Leistungsdruck besteht und hauptsächlich die klassischen Sekretariatsarbeiten (Texte schreiben und überarbeiten) zu verrichten sind. In diesem Bereich hat sie aber sowohl in qualitativer als auch in quantitativer Hinsicht gute Leistungen gezeigt. Wie die "Status quo-Abklärung" der ESPAS vom 20. Juni 1997 ergeben hat, verfügt die Beschwerdeführerin schon aufgrund ihrer früheren Berufstätigkeit über gute kaufmännische Kenntnisse, welche sie im Laufe des Arbeitstrainings noch erweitert und durch das Erlernen der neuesten EDV-Programme auf den heutigen Stand gebracht hat.
Es besteht unter diesen Umständen kein Grund zur Annahme, dass ihr eine Verwertung der restlichen Arbeitsfähigkeit auf dem allgemeinen (ausgeglichenen) Arbeitsmarkt nicht möglich oder zumutbar wäre, zumal schon das Psychiatrie-Zentrum Hard die Auffassung vertreten hatte, dass nach erfolgtem Arbeitstraining auch eine Tätigkeit in ungeschütztem Rahmen möglich sein sollte. Dass die Versicherte jedenfalls bis zum Abschluss der beruflichen Massnahme noch keine konkrete Stelle in Aussicht hatte, steht dieser Annahme nicht entgegen und ist laut ESPAS-Bericht zumindest teilweise auf invaliditätsfremde Gründe (Alter, Motivation) zurückzuführen.
3.- Streitig ist des Weitern der für die Invaliditätsbemessung massgebende Einkommensvergleich.
a) Die Verwaltung hat das hypothetische Einkommen, welches die Beschwerdeführerin ohne den Gesundheitsschaden zu erzielen vermöchte (Valideneinkommen), auf Fr. 65'000.- festgesetzt. Sie stützte sich dabei auf die vom Schweiz.
Kaufmännischen Verein (SKV) empfohlenen Mindestlöhne für das Jahr 1998. Im vorinstanzlichen Verfahren hat die Versicherte diesen Betrag nicht bestritten. In der Verwaltungsgerichtsbeschwerde lässt sie nunmehr geltend machen, angesichts ihrer langjährigen Berufserfahrung und guten Leistungen hätte sie den angegebenen Mindestlohn überschritten und mit grosser Wahrscheinlichkeit einen Lohn von Fr. 71'500.- erreicht.
Für das geltend gemachte Valideneinkommen fehlen jegliche Anhaltspunkte. Aus den Akten geht vielmehr hervor, dass die Beschwerdeführerin bei der Firma N._, wo sie von Dezember 1984 bis Oktober 1992 als Sekretärin in der Hauptabteilung Handel und Dienstleistungen tätig gewesen ist, zuletzt einen Lohn von Fr. 57'200.- (13 x 4'400) erzielt hat. Unter Berücksichtigung der Nominallohnentwicklung bis 1999 von 2,7 %, 1,5 %, 1,3 %, 1,3 %, 0,5 %, 0,7 % und 0,3 % (Schweizerische Nationalbank, Statistisches Monatsheft 3/2001, Tabelle G4 S. 94) ergibt sich ein Jahreseinkommen von Fr. 62'108.-. Mit der Annahme eines Valideneinkommens von Fr. 65'000.- haben Verwaltung und Vorinstanz eine mögliche zusätzliche Lohnsteigerung berücksichtigt.
Zur Annahme eines noch höheren Einkommens besteht auch im Lichte der für Sekretariatsarbeiten geltenden Durchschnittslöhne kein Anlass, wie sich aus dem Folgenden ergibt.
b) Das Einkommen, welches die Beschwerdeführerin bei zumutbarer Ausnützung der verbleibenden Erwerbsfähigkeit noch zu erzielen vermöchte (Invalideneinkommen), hat die Vorinstanz auf Fr. 26'691.- festgesetzt, indem sie in Anwendung von Tabelle TA7 der vom Bundesamt für Statistik (BFS) herausgegebenen Lohnstrukturerhebung (LSE) 1996 vom monatlichen Bruttolohn (Zentralwert) für die mit Sekretariats- und Kanzleiarbeiten beschäftigten Frauen mit Anforderungsniveau 3 von Fr. 4'922.- (einschliesslich Anteil
13. Monatslohn) ausgegangen ist und - umgerechnet auf die durchschnittliche betriebsübliche Arbeitszeit von 41,9 Stunden und unter Berücksichtigung der Nominallohnentwicklung bis 1999 - ein Jahreseinkommen von Fr. 62'802.- ermittelte. Bei einer Arbeitsfähigkeit von 50 % und einem leidens- und teilzeitbedingten Abzug von 15 % resultierte ein massgebendes Invalideneinkommen von Fr. 26'691.-. Die Versicherte wendet hiegegen ein, es sei von einem statistischen Bruttolohn für Beschäftigte mit Anforderungsniveau 4 (Fr. 4'619.-) auszugehen und es sei ein leidens- und teilzeitbedingter Abzug von insgesamt 25 % vorzunehmen.
Die Beschwerdeführerin verfügt nach dem Gesagten über eine langjährige Berufserfahrung als Sekretärin sowie über gute kaufmännische Kenntnisse. Auch wenn sie zufolge des langen Arbeitsunterbruchs eines Teils der Kenntnisse und Fähigkeiten verlustig gegangen ist und die mit dem Arbeitstraining verfolgten Ziele nicht vollständig erreicht werden konnten, kann nicht davon ausgegangen werden, dass sie im Sinne des Anforderungsniveaus 4 (einfache und repetitive Tätigkeiten) nur mehr eigentliche Hilfsarbeiten zu verrichten vermag. Die Einstufung der Beschwerdeführerin im Anforderungsniveau 3 (Berufs- und Fachkenntnisse vorausgesetzt) erweist sich vielmehr als richtig. Zu bestätigen ist der angefochtene Entscheid auch soweit die Vorinstanz den totalen Abzug auf 15 % festgesetzt hat. Nach der Rechtsprechung ist der Abzug für sämtliche in Betracht fallenden Umstände (leidensbedingte Einschränkung, Alter, Dienstjahre, Nationalität/Aufenthaltskategorie und Beschäftigungsgrad) gesamthaft zu schätzen, wobei der Abzug unter Berücksichtigung aller jeweils in Betracht fallender Merkmale auf höchstens 25 % zu beschränken ist (<ref-ruling> Erw. 5b/cc). Als abzugsbegründende Tatsache fällt hier im Wesentlichen nur der Umstand in Betracht, dass die Versicherte zufolge Verlangsamung und der Notwendigkeit zusätzlicher kurzer Arbeitsunterbrüche auch im Rahmen einer behinderungsangepassten Tätigkeit in der Leistungsfähigkeit beeinträchtigt ist, obwohl diesen Gegebenheiten zumindest teilweise bereits bei der Beurteilung der Arbeitsfähigkeit Rechnung getragen wurde. Denn die Teilzeitbeschäftigung wirkt sich bei Frauen insbesondere bei einem Pensum von 50 % gemäss Tabelle 6* der LSE 1998 (S. 20) im Vergleich zu einer Vollzeitbeschäftigung sogar proportional Lohn erhöhend aus. Wenn die Vorinstanz einen Abzug von insgesamt 15 % zugelassen hat, so trägt dies den tatsächlichen Gegebenheiten in weitem Masse Rechnung.
c) Bei einem Valideneinkommen von Fr. 65'000.- und einem Invalideneinkommen von Fr. 26'691.- resultiert ein Invaliditätsgrad von 58,9 %, weshalb die Beschwerdeführerin nach <ref-law> Anspruch auf eine halbe Invalidenrente hat. Nicht bestritten ist, dass der Rentenanspruch zwar am 1. November 1993 entstanden ist und die Rente aufgrund der in jenem Zeitpunkt massgebend gewesenen Berechnungsgrundlagen festzusetzen ist, Leistungen jedoch nur mit Wirkung ab 1. Juni 1995 ausgerichtet werden können (Art. 29 und Art. 48 Abs. 2 IVG).
4.- Dem Gesuch um Gewährung der unentgeltlichen Verbeiständung kann nach Art. 152 in Verbindung mit Art. 135 OG entsprochen werden, weil die Bedürftigkeit aufgrund der eingereichten Unterlagen ausgewiesen ist, die Verwaltungsgerichtsbeschwerde nicht als aussichtslos bezeichnet werden kann und die Vertretung wenn nicht notwendig, so doch geboten war. Es wird indessen ausdrücklich auf Art. 152 Abs. 3 OG aufmerksam gemacht, wonach die begünstigte Partei der Gerichtskasse Ersatz zu leisten hat, wenn sie später dazu im Stande ist.

Demnach erkennt das Eidg. Versicherungsgericht:
I. Die Verwaltungsgerichtsbeschwerde wird abgewiesen.
II. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
III. Zufolge Gewährung der unentgeltlichen Verbeiständung wird Rechtsanwalt Hans Schmidt für das Verfahren vor dem Eidgenössischen Versicherungsgericht aus der Gerichtskasse
eine Entschädigung (einschliesslich Mehrwertsteuer)
von Fr. 2'500.- ausgerichtet.
IV. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich, der Ausgleichskasse des Kantons Zürich und dem Bundesamt für Sozialversicherung
zugestellt.
Luzern, 8. Juni 2001
Im Namen des
Eidgenössischen Versicherungsgerichts
Der Präsident der IV. Kammer:
Der Gerichtsschreiber: