存储器组织结构

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三、寻址方式：
• 4、程序存储器的保留存储单元。 如表2-2所示。
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三、寻址方式：
–（1）0000H～0002H三个单元：
• 用作上电复位后引导程序的存放单元。因 为复位后PC的内容为0000H，CPU总是从 0000H开始执行程序。将转移指令存放到 这三个单元，程序就被引导到指定的程序 存储器空间去执行。
二、编址：
• 容量为4KB。地址为0000H～0FFFH。 • 片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，
地址为1000H～FFFFH。 • 片内外统一编址。
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三、寻址方式：
• 1、当 EA=“1”时：
–在0000～0FFFH范围内执行片内ROM中 的程序，当指令地址超过0FFFH 后就 自动转向片外ROM中取指令。
• 00H～1FH地址安排为4组工作寄存器区，每组有8个工作寄存器 (R0～R7)，共占32个单元，见表2-4。通过对程序状态字PSW中 RS1、RS0的设置，每组寄存器均可选作CPU的当前工作寄存器组。 若程序中并不需要4组，那么其余可用作一般RAM单元。CPU复 位后，选中第0组寄存器为当前的工作寄存器。
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三、寻址方式：
• 2、当 EA=”0”时：
–片内ROM不起作用，CPU只能从片 ROM/EPROM中取指令。可以从 0000H 开始寻址。
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三、寻址方式：
• 3、片内ROM和片外ROM取指的速 度相同。
• 在其他指令中，B可作为一般通用寄存器或一个RAM 单元使用。
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(3) 程序状态寄存器PSW(D0H)
• PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包 含了程序执行后的状态信息，供程序查询或判 别之用。各位的含义及其格式如表2－6所列。
• PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均 有位地址，见表2－6。
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§2.3.2 程序存储器地址空间
• 一、用途： • 二、编址： • 三、寻址方式：
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一、用途：
• 用于存放编好的程序和表格常数。
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• CY(PSW.7)： 进位标志位。在执行加法(或减法)运算 指令时，如果运算结果最高位(位7)向前有进位(或借 位)，则CY位由硬件自动置1；如果运算结果最高位无 进位(或借位)，则CY清0。CY也是89C51在进行位操作 (布尔操作)时的位累加器，在指令中用C代替CY。
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二、用户角度
• 2、64K的片外数据存储器地址空间。访 问片外RAM指令用MOVX。
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二、用户角度
• 3、256字节的片内数据存储器地址空间。 访问片内RAM指令用MOV。
上述三个存储空间地址是重叠的，89C51 的指令系统采用不同的数据传送指令符 号。
§2.4 CPU时序
§2.4.1 §2.4.2 §2.4.3
片内振荡器及时钟信号的产生 机器周期和指令周期 CPU取指、执行周期时序
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§2.4.1 片内时钟信号的产生
• 89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反 相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英 晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器Ｃ１和Ｃ ２通常取30 pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振 荡脉冲频率范围为fOSC=0～24 MHz。
• 工作寄存器区后的16字节单元(20H～2FH)，可用位寻址方式访问 其各位。在89系列单片机的指令系统中，还包括许多位操作指令， 这些位操作指令可直接对这128位寻址。这128位的位地址为 00H～7FH，其位地址分布见图2－8。
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2) 高128字节RAM——特殊功能寄存器(SFR)
(4) 栈指针SP(81H)
• 堆栈指针SP为8位特殊功能寄存器，SP的 内容可指向89C51片内00H～7FH RAM的 任何单元。系统复位后，SP初始化为 07H，即指向07H的RAM单元。
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• 89C51在片内RAM中专门开辟出来一个区域，数 据的存取是以“后进先出”的结构方式处理的， 好像冲锋枪压入子弹。这种数据结构方式对于处 理中断，调用子程序都非常方便。
片内还有21个特殊功能寄存器（SFR）， 它们同128字节RAM统一编址，地址为 80H～FFH。后面详细介绍。
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二、用户角度
图2-4 89C51存储器配置
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二、用户角度
• 1、片内、外统一编址的64K程序存储器 地址空间。CPU访问片内、片外ROM指 令用MOVC。
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图2－8 低128字节RAM区 2019年12月3日3时8分
图2－9 高128字节RAM区(SFR2区2 ，特
2019年1殊2月功3能日寄3存时器8区分)
1) 低128字节RAM
• 9C51的32个工作寄存器与RAM安排在同一个队列空间里，统一编 址并使用同样的寻址方式(直接寻址和间接寻址)。
图2－10 堆栈的压入与弹出
(5) 数据指针DPTR(83H，82H)
• DPTR是一个16位的特殊功能寄存器，其高位 字节寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字节 寄存器用DPL表示(地址82H)。DPTR既可以作 为一个16位寄存器来处理，也可以作为两个独 立的8位寄存器DPH和DPL使用。
• 堆栈的操作有两种： 一种叫数据压入(PUSH)， 另一种叫数据弹出(POP)。
• 89C51的堆栈指针SP是一个双向计数器。进栈时， SP内容自动增值，出栈时自动减值。存取信息必 须按“后进先出”或“先进后出”的规则进行。
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• 在图2－10中，假若 有8个RAM单元，每 个单元都在其右面编 有地址，栈顶由堆栈 指针SP自动管理。每 次进行压入或弹出操 作以后，堆栈指针便 自动调整以保持指示 堆栈顶部的位置。这 些操作可用图2－10 说明。
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• RS0和RS1(PSW.3和PSW.4)： 工作寄存器组选择控制位。 这两位的值可决定选择哪一组工作寄存器为当前工作寄 存器组。通过用户用软件改变RS1和RS0值的组合，以切 换当前选用的工作寄存器组。其组合关系如表2－7所列。
• 89C51上电复位后，RS1=RS0=0，CPU自动选择第0组为 当前工作寄存器组。
• 用作输出时，可以锁存数据；用作输入时，数据可以 缓冲。
• 图2-11所示为各个SFR所在的字节地址位置。空格部分 为未来设计新型芯片可定义的SFR位置。
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图2-11 特殊功能寄存器SFR的位置
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三、片内RAM：
• 片内数据存储器最大可寻址256个单元， 它们又分为两部分： 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。 如图27所示。
• 高128字节和低128字节RAM中的配置及 含义如图2－8和图2－9所示。
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1、程序存储器（ROM）
地址从0000H开始。 用于存放程序和表格常数。
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2、数据存储器（RAM）
地址为00H～7FH。
用于存放运算的中间结果、数据暂存以 及数据缓冲等。
这128B的RAM中有32个字节单元可指定为 工作寄存器。
• PSW.1： 为保留位。89C51未用，89C52为F1用户标志位。 • P(PSW.0)： 奇偶校验标志位。每条指令执行完后，该位
始终跟踪指示累加器A中1的个数。如结果A中有奇数个1， 则置P=1；否则P=0。常用于校验串行通信中的数据传送 是否出错。
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三、寻址方式：
–（2）0003H～002AH单元：
• 均分为五段，用作五个中断服务程序的入 口。中断矢量地址表如表2-3所示。
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§2.3.3 数据存储器地址空间
• 一、用途： • 二、片外RAM： • 三、片内RAM：
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一、用途：
• 用于存放运算的中间结果、数据暂存和 缓冲、标志位等。
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二、片外RAM：
• 地址：0000H~FFFFH • 寻址：用MOVX指令
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• 根据需要，可利用传送指令对PSW整字节操作或用位操 作指令改变RS1和RS0的状态，以切换当前工作寄存器组。 这样的设置为程序中保护现场提供了方便。
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• OV(PSW.2)： 溢出标志位。当进行补码运算时，如有溢 出，即当运算结果超出－128～＋127的范围时，OV位由 硬件自动置1；无溢出时，OV=0。
• DPTR主要用于存放16位地址，以便对64 KB片 外RAM作间接寻址。
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(6) Ｉ/Ｏ端口P0～P3(80H，90H，A0H，B0H)
• P0～P3为4个8位特殊功能寄存器，分别是4个并行Ｉ/ Ｏ端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存 器还有位地址，每一条Ｉ/Ｏ线均可独立用作输入或输 出。
（二）、存储器
1、程序存储器（ROM） 2、数据存储器（RAM）
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一、物理结构（冯·诺依曼结构）
程序存储器ROM 89C51存储器
数据存储器ROM
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
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• 89C51片内高128字节RAM中，有21个特 殊功能寄存器(SFR)，它们离散地分布在 80H～FFH的RAM空间中。访问特殊功 能寄存器只允许使用直接寻址方式。
• 这些特殊功能寄存器见图2－9。各SFR的 名称及含义如表2－5所列。
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(1) 累加器ACC(E0H)
• 累加器ACC是89C51最常用、最忙碌的8 位特殊功能寄存器，许多指令的操作数 取自于ACC，许多运算中间结果也存放 于ACC。在指令系统中用A作为累加器 ACC的助记符。
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(2) 寄存器B(F0H)
• 在乘、除指令中，用到了8位寄存器B。乘法指令的两 个操作数分别取自A和B，乘积存于B和A两个8位寄存 器中。除法指令中，A中存放被除数，B中放除数，商 存放于A，B中存放余数。
• AC(PSW.6)： 半进位标志位，也称辅助进位标志。当 执行加法(或减法)操作时，如果运算结果(和或差)的低 半字节(位3)向高半字节有半进位(或借位)，则AC位将 被硬件自动置1；否则AC被自动清0。
• F0(PSW.5)： 用户标志位。用户可以根据自己的需要 对F0位赋予一定的含义，由用户置位或复位，以作为 软件标志。