MCS-51单片机硬件结构解析：存储器配置与CPU时序

"本章内容主要涉及MCS-51系列单片机的硬件结构，包括机器周期、指令周期的概念，以及MCS-51单片机的主要功能和内部结构。学习目标是理解其内部结构、存储器配置、时序和相关辅助电路的工作原理。" 在计算机系统中，机器周期和指令周期是衡量处理器性能的重要指标。机器周期是CPU执行基本操作所需的时间，通常由若干个时钟周期组成。在MCS-51单片机中，6个时钟周期构成一个机器周期，记作T机=6T时，其中T时是时钟周期。机器周期是衡量其他操作速度的基础，比如读写存储器、执行指令等。 指令周期是指CPU完成一条指令所需的时间，它以机器周期为单位。不同的指令执行复杂度不同，因此所需的机器周期数也不同，可以是单周期、双周期或4周期指令。例如，简单的数据传送指令可能只需要一个机器周期，而复杂的算术逻辑运算或控制指令可能需要多个周期。 MCS-51系列单片机是由Intel公司推出的高性能8位单片机，包括51和52两个系列。它们具有以下特点： 1. 内置8位CPU，能够处理8位数据。 2. 支持多种工作频率，范围在1.2到12MHz之间。 3. 片内有128字节的数据存储器（RAM）和4K字节的程序存储器（8031无）。 4. 程序存储器寻址空间可达64KB，片外数据存储器可达64KB。 5. 提供21个专用寄存器，增强处理能力。 6. 包含4个8位并行I/O端口P0、P1、P2、P3。 7. 拥有一个全双工串行接口，支持多机通信。 8. 配备2个16位定时/计数器和5个中断源。 9. 指令集包含111条指令，支持乘除运算和位处理。 10. 单一+5V电源供电，采用单总线结构设计。 52系列单片机在51系列基础上增加了片内数据存储器容量至256字节，增设了第三个16位定时/计数器，并扩展了中断源的数量。 MCS-51系列单片机的内部结构包括运算器、控制器、存储器等部分。运算器包含算术逻辑单元（ALU）、累加器A、暂存器等，用于执行算术和逻辑运算。控制器负责指令的解码和执行。存储器分为片内和片外，包括程序存储器（EPROM或ROM）、数据存储器（RAM），以及特殊功能寄存器。此外，还有I/O端口、串行口、定时/计数器、中断系统等组成部分，每个部分都有其特定的用途和功能，共同协作实现单片机的各种功能。