2.3 存储器结构

MCS-51的存储器有片内和片外之分。片内存储器集成在芯片内部；片外存储器又称外部存储器，是专门的存储器芯片，需要通过印制电路板上的三总线和MCS-51连接。片外存储器和片内存储器中，又有程序存储器和数据存储器之分。8051 存储器的空间配置如图2-4所示。

从物理空间上看MCS-51单片机有4个存储器地址空间。片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。从用户使用的角度，地址空间分为3类：

① 片内、片外统一编址0000H～FFFFH的64KB程序存储器地址空间。

② 64KB片外数据存储器地址空间，地址范围为0000H～FFFFH。

③ 256B片内数据存储器地址空间，地址范围为00H～FFH。

上述3个存储空间地址是重叠的，为了使用户能够正确使用这3个不同的物理空间，8051的指令系统设计了不同的数据传送指令符号。CPU访问片内、片外程序存储器时，指令助记符为MOVC；访问片外数据存储器时，指令助记符为MOV×；访问片内RAM时，指令助记符为MOV。

2.3.1 程序存储器

MCS-51系列单片机64KB程序存储器为统一编址。8031 内部没有片内ROM存储器，8051/8751有4KB片内ROM/EPROM存储器，地址范围为0000H～0FFFH。无论8031还是8051/8751，都可以外接外部ROM，但片内ROM和片外ROM之和不能超过64KB，片内有ROM时，=1程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器空间；当片内没有ROM时，=0程序从外部存储器开始执行。MCS-51系列单片机复位后PC=0000H，系统从0000H开始执行程序。51系列单片机复位后PC=0000H，系统从0000H开始执行程序。0000H是系统的启动地址，一般在该单元中存放一条绝对跳转指令，如LJMP ××××。0003H、000BH、000BH、001BH和0023H对应5 种中断源的中断服务入口地址，如图2-5所示。

2.3.2 数据存储器

MCS-51系列单片机的数据存储器在物理和逻辑上都分为两个地址空间。片内RAM共256个字节，地址范围为00H～FFH；片外RAM共有64KB，地址范围为0000H～FFFFH。MCS-51系列单片机的RAM实际存储容量超过64KB，片内RAM与片外RAM的低地址空间（0000H～00FFH）是重叠的。为了指示机器到片内RAM寻址还是到片外RAM寻址，单片机设计者为用户提供了两类不同的传送指令：MOV指令用于片内00H～FFH范围内的寻址，MOV×指令用于片外0000H～FFFFH范围内的寻址。

片内RAM共有256个字节，它们又分为两个部分，低128字节（00H～7FH）是真正的RAM区，高128字节（80H～FFH）为特殊功能寄存器（SFR）区。对于片内有256字节的单片机，高128字节（80H～FFH）空间特殊功能寄存器和RAM地址是重叠的，通过不同的寻址方式进行访问。

1.片内低128字节RAM

片内低128字节RAM分为3个区：寄存器区、位寻址区和用户RAM区。

（1）寄存器区

寄存器区共有4组通用寄存器，地址范围为00H～1FH。每个区有8个工作寄存器，依次为R0～R7。

如表2-1所示。通过对PSW中RS1、RS0的设置，每组寄存器均可选做CPU的当前工作寄存器组。若程序中不需要4组，其余的可作为一般RAM使用。CPU复位后，由于RS1、RS0的值都为0，因此选中第0组寄存器为当前的工作寄存器R0～R7。

使用方法：一种是以寄存器的形式使用，用寄存器符号表示；另一种是以存储单元的形式使用，以单元地址表示。

说明：任一时刻，CPU使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器。由程序状态字寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合来决定使用哪一组。

（2）位寻址区

地址范围：片内RAM的20H～2FH单元，共有16个RAM单元，总计16×8=128位，每个位单元都分配了一个特定地址，即00H～7FH，这些地址称为位地址。如图2-6 所示为8051片内RAM的地址分配图。位地址在位寻址指令中使用。例如，要把2FH单元中的最高位（位地址为7FH）置位成1，则可使用如下位操作指令：

            SETB 7FH；7FH←1

其中，SETB为位置位指令的操作码。

位地址的另一种表示方法是采用字节地址和位数相结合的表示法。例如，位地址00H可以表示成20H.0，位地址1AH可以表示成23H.2等。

（3）用户RAM区

片内RAM区的单元地址范围为30H～7FH，共80个单元，只能以存储单元的形式来使用，一般常把堆栈开辟在此区中。

2.片内高128字节RAM（专用寄存器SFR）

片内高128字节RAM又称为专用寄存器区，其单元地址为80H～FFH，用于存放相应功能部件的控制命令、状态或数据。因这些寄存器的功能已做了专门的规定，故而称为专用寄存器（SFR），有时也称为特殊功能寄存器，如表2-2所示。51系列单片机中特殊功能寄存器共有21个，其余的均为空单元，对其操作没有任何意义。

在21个SFR寄存器中，用户可以通过直接寻址指令对它们进行字节存取，也可以对带有“*”的11个寄存器进行位寻址。在字节型寻址指令中，直接地址的表示方法有两种：一种是使用物理地址，如累加器A用E0H、B寄存器用F0H、SP用81H等表示；另一种是采用表2-2中的寄存器符号，如累加器A要用ACC、B寄存器用B、程序状态字寄存器用PSW等表示。这两种表示方法中，采用后一种方法比较普遍，因为它们比较容易为人们记忆。在SFR中，可以位寻址的寄存器有11个，这些寄存器的字节地址均能被8整除，共有位地址88个，其中5个未用，其余83个位地址离散分布于80H～FFH范围内。SFR中的位地址如表2-3所示。

3.外部数据存储器

外部数据存储器一般由静态RAM构成，其容量大小由用户根据需要而定，最大可扩展到64KB，地址范围是0000H～0FFFFH。CPU通过MOV×指令访问外部数据存储器，用间接寻址方式，R0、R1和DPTR都可作为间接寄存器。注意，片外RAM和扩展的I/O接口是统一编址的，所有的外扩I/O口都要占用64KB中的地址单元。