存儲器（Memory）是現代信息技術中用于保存信息的記憶設備。其概念很廣，有很多層次，在數字系統中，只要能保存二進制數據的都可以是存儲器;那么MCS-51單片機的存儲器有哪幾類呢？如何分類呢？

　　程序存儲器

　　一個微處理器能夠聰明地執行某種任務，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預先編寫的程序而執行之。那么設計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器（ROM）。程序相當于給微處理器處理問題的一系列命令。其實程序和數據一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲器中。

　　MCS-51具有64kB程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數據和表格等信息。對于內部無ROM的8031單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為64kB，此時單片機的端必須接地。強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。對于內部有ROM的8051等單片機，正常運行時，則需接高電平，使CPU先從內部的程序存儲中讀取程序，當PC值超過內部ROM的容量時，才會轉向外部的程序存儲器讀取程序。

　　8051片內有4kB的程序存儲單元，其地址為0000H—0FFFH，單片機啟動復位后，程序計數器的內容為0000H，所以系統將從0000H單元開始執行程序。但在程序存儲中有些特殊的單元，這在使用中應加以注意：

　　其中一組特殊是0000H—0002H單元，系統復位后，PC為0000H，單片機從0000H單元開始執行程序，如果程序不是從0000H單元開始，則應在這三個單元中存放一條無條件轉移指令，讓CPU直接去執行用戶指定的程序。

　　另一組特殊單元是0003H—002AH，這40個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：

　　0003H—000AH 外部中斷0中斷地址區。

　　000BH—0012H 定時/計數器0中斷地址區。

　　0013H—001AH 外部中斷1中斷地址區。

　　001BH—0022H 定時/計數器1中斷地址區。

　　0023H—002AH 串行中斷地址區。

　　可見以上的40個單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應后，按中斷的類型，自動轉到各自的中斷區去執行程序。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內容，只能存放中斷服務程序。但是通常情況下，每段只有8個地址單元是不能存下完整的中斷服務程序的，因而一般也在中斷響應的地址區安放一條無條件轉移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務程序的空間去執行，這樣中斷響應后，CPU讀到這條轉移指令，便轉向其他地方去繼續執行中斷服務程序。

　　數據存儲器

　　數據存儲器也稱為隨機存取數據存儲器。MCS-51單片機的數據存儲器在物理上和邏輯上都分為兩個地址空間，一個是內部數據存儲區和一個外部數據存儲區。MCS-51內部RAM有128或256個字節的用戶數據存儲（不同的型號有分別），它們是用于存放執行的中間結果和過程數據的。MCS-51的數據存儲器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。

　　8051內部RAM共有256個單元，這256個單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元（共128個字節）為用戶數據RAM。從80H—FFH地址單元（也是128個字節）為特殊寄存器（SFR）單元。從圖1中可清楚地看出它們的結構分布。

　　在00H—1FH共32個單元中被均勻地分為四塊，每塊包含八個8位寄存器，均以R0—R7來命名，我們常稱這些寄存器為通用寄存器。這四塊中的寄存器都稱為R0—R7，那么在程序中怎么區分和使用它們呢？聰明的INTEL工程師們又安排了一個寄存器——程序狀態字寄存器（PSW）來管理它們，CPU只要定義這個寄存的PSW的第3和第4位（RS0和RS1），即可選中這四組通用寄存器。對應的編碼關系如圖2所示。

　　內部數據存儲器的配置

　　內部數據存儲器的配置 內部RAM的20H—2FH單元為位尋址區，既可作為一般單元用字節尋址，也可對它們的位進行尋址。位尋址區共有16個字節，128個位，位地址為00H—7FH。位地址分配如表1所示，CPU能直接尋址這些位，執行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉移，傳送和邏輯等操作。我們常稱MCS-51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲空間指的就是這些為尋址區。

　　表1 RAM位尋址區地址表

　　特殊功能寄存器

　　特殊功能寄存器（SFR）也稱為專用寄存器，特殊功能寄存器反映了MCS-51單片機的運行狀態。很多功能也通過特殊功能寄存器來定義和控制程序的執行。

　　MCS-51有21個特殊功能寄存器，它們被離散地分布在內部RAM的80H—FFH地址中，這些寄存的功能已作了專門的規定，用戶不能修改其結構。表2是特殊功能寄存器分布一覽表，我們對其主要的寄存器作一些簡單的介紹。

　　程序計數器PC（program Counter）

　　程序計數器在物理上是獨立的，它不屬于特殊內部數據存儲器塊中。PC是一個16位的計數器，用于存放一條要執行的指令地址，尋址范圍為64kB，PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執行后，其內容自動加1。PC本身并沒有地址，因而不可尋址，用戶無法對它進行讀寫，但是可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內容，以控制程序按我們的要求去執行。

　　累加器ACC（Accumulator）

　　累加器A是一個最常用的專用寄存器，大部分單操作指令的一個操作數取自累加器，很多雙操作數指令中的一個操作數也取自累加器。加、減、乘、除法運算的指令，運算結果都存放于累加器A或AB累加器對中。大部分的數據操作都會通過累加器A進行，它形象于一個交通要道，在程序比較復雜的運算中，累加器成了制約軟件效率的“瓶頸”，它的功能較多，地位也十分重要。以至于后來發展的單片機，有的集成了多累加器結構，或者使用寄存器陣列來代替累加器，即賦予更多寄存器以累加器的功能，目的是解決累加器的“交通堵塞”問題。提高單片機的軟件效率。

　　表2 特殊功能寄存器

　　寄存器B

　　在乘除法指令中，乘法指令中的兩個操作數分別取自累加器A和寄存器B，其結果存放于AB寄存器對中。除法指令中，被除數取自累加器A，除數取自寄存器B，結果商存放于累加器A，余數存放于寄存器B中。

　　程序狀態字（Program Status Word）

　　程序狀態字是一個8位寄存器，用于存放程序運行的狀態信息，這個寄存器的一些位可由軟件設置，有些位則由硬件運行時自動設置的。寄存器的各位定義如下，其中PSW.1是保留位，未使用。下表是它的功能說明，并對各個位的定義介紹如下：

　　表3 程序狀態字

　　PSW.7（CY） 進位標志位，此位有兩個功能：一是存放執行某寫算數運算時，存放進位標志，可被硬件或軟件置位或清零。二是在位操作中作累加位使用。

　　PSW.6（AC） 輔助進位標志位，當進行加、減運算時當有低4位向高4位進位或借位時，AC置位，否則被清零。AC輔助進位位也常用于十進制調整。

　　PSW.5（F0） 用戶標志位，供用戶設置的標志位。

　　PSW.4、PSW.3（RS1和 RS0） 寄存器組選擇位。可參見本章的圖2定義。

　　PSW.2（OV） 溢出標志。帶符號加減運算中，超出了累加器A所能表示的符號數有效范圍（-128—+127）時，即產生溢出，OV=1。表明運算運算結果錯誤。如果OV=0，表明運算結果正確。

　　執行加法指令ADD時，當位6向位7進位，而位7不向C進位時，OV=1。或者位6不向位7進位，而位7向C進位時，同樣OV=1。

　　除法指令，乘積超過255時，OV=1。表面乘積在AB寄存器對中。若OV=0，則說明乘積沒有超過255，乘積只在累加器A中。

　　除法指令，OV=1，表示除數為0，運算不被執行。否則OV=0。

　　PSW.0（P） 奇偶校驗位。聲明累加器A的奇偶性，每個指令周期都由硬件來置位或清零，若值為1的位數奇數，則P置位，否則清零。

　　數據指針（DPTR）

　　數據指針為16位寄存器，編程時，既可以按16位寄存器來使用，也可以按兩個8位寄存器來使用，即高位字節寄存器DPH和低位字節DPL。

　　DPTR主要是用來保存16位地址，當對64kB外部數據存儲器尋址時，可作為間址寄存器使用，此時，使用如下兩條指令：

　　MOVX A， @DPTR

　　MOVX @DPTR， A

　　在訪問程序存儲器時，DPTR可用來作基址寄存器，采用基址+變址尋址方式訪問程序存儲器，這條指令常用于讀取程序存儲器內的表格數據。

　　MOVC A， @A+@DPTR

　　堆棧指針SP（Stack Pointer）

　　堆棧是一種數據結構，它是一個8位寄存器，它指示堆棧頂部在內部RAM中的位置。系統復位后，SP的初始值為07H，使得堆棧實際上是從08H開始的。但我們從RAM的結構分布中可知，08H—1FH隸屬1—3工作寄存器區，若編程時需要用到這些數據單元，必須對堆棧指針SP進行初始化，原則上設在任何一個區域均可，但一般設在30H—1FH之間較為適宜。

　　數據的寫入堆棧我們稱為入棧（PUSH，有些文獻也稱作插入運算或壓入），從堆棧中取出數據稱為出棧（POP，也稱為刪除運算或彈出），堆棧的最主要特征是“后進先出”規則，也即最先入棧的數據放在堆棧的最底部，而最后入棧的數據放在棧的頂部，因此，最后入棧的數據出棧時則是最先的。這和我們往一個箱里存放書本一樣，需將最先放入箱底部的書取出，必須先取走最上層的書籍。這個道理非常相似。

　　那么堆棧有何用途呢？堆棧的設立是為了中斷操作和子程序的調用而用于保存數據的，即常說的斷點保護和現場保護。微處理器無論是在轉入子程序和中斷服務程序的執行，執行完后，還是要回到主程序中來，在轉入子程序和中斷服務程序前，必須先將現場的數據進行保存起來，否則返回時，CPU并不知道原來的程序執行到哪一步，原來的中間結果如何？所以在轉入執行其它子程序前，先將需要保存的數據壓入堆棧中保存。以備返回時，再復原當時的數據。供主程序繼續執行。

　　轉入中斷服務程序或子程序時，需要保存的數據可能有若干個，都需要一一地保留。如果微處理器進行多重子程序或中斷服務程序嵌套，那么需保存的數據就更多，這要求堆棧還需要有相當的容量。否則會造成堆棧溢出，丟失應備份的數據。輕者使運算和執行結果錯誤，重則使整個程序紊亂。

　　MCS-51的堆棧是在RAM中開辟的，即堆棧要占據一定的RAM存儲單元。同時MCS-51的堆棧可以由用戶設置，SP的初始值不同，堆棧的位置則不一定，不同的設計人員，使用的堆棧區則不同，不同的應用要求，堆棧要求的容量也有所不同。堆棧的操作只有兩種，即進棧和出棧，但不管是向堆棧寫入數據還是從堆棧中讀出數據，都是對棧頂單元進行的，SP就是即時指示出棧頂的位置（即地址）。在子程序調用和中斷服務程序響應的開始和結束期間，CPU都是根據SP指示的地址與相應的RAM存儲單元交換數據。

　　堆棧的操作有兩種方法：其一是自動方式，即在中斷服務程序響應或子程序調用時，返回地址自動進棧。當需要返回執行主程序時，返回的地址自動交給PC，以保證程序從斷點處繼續執行，這種方式是不需要編程人員干預的。第二種方式是人工指令方式，使用專有的堆棧操作指令進行進出棧操作，也只有兩條指令：進棧為PUSH指令，在中斷服務程序或子程序調用時作為現場保護。出棧操作POP指令，用于子程序完成時，為主程序恢復現場。

　　I/O口專用寄存器（P0、P1、P2、P3）

　　I/O口寄存器P0、P1、P2和P3分別是MCS-51單片機的四組I/O口鎖存器。MCS-51單片機并沒有專門的I/O口操作指令，而是把I/O口也當作一般的寄存器來使用，數據傳送都統一使用MOV指令來進行，這樣的好處在于，四組I/O口還可以當作寄存器直接尋址方式參與其他操作。

　　定時/計數器（TL0、TH0、TL1和TH1）

　　MCS-51單片機中有兩個16位的定時/計數器T0和T1，它們由四個8位寄存器組成的，兩個16位定時/計數器卻是完全獨立的。我們可以單獨對這四個寄存器進行尋址，但不能把T0和T1當作16位寄存來使用。

　　定時/計數器方式選擇寄存器（TMOD）

　　TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于控制兩個定時計數器的工作方式，TMOD可以用字節傳送指令設置其內容，但不能位尋址，各位的定義如下，更詳細的內容，我們將在《MCS-51定時器和中斷系統》章節中敘述。

　　串行數據緩沖器SBUF用來存放需發送和接收的數據，它由兩個獨立的寄存器組成，一個是發送緩沖器，另一個是接收緩沖器，要發送和接收的操作其實都是對串行數據緩沖器進行。

　　其他控制寄存器（TMOD）

　　除了以上我們簡述的幾個專用寄存外，還有IP、IE、TCON、SCON和PCON等幾個寄存器，這幾個控制寄存器主要用于中斷和定時的，我們將在《MCS-51定時器和中斷系統》中詳細說明。