51单片机存储结构_8051存储结构

之前概要介绍了8151微控制器的结构（也就是51单片机）。相比微处理器，微控制器的区别之一是在一个芯片上有程序存储器(RAM)和数据存储器(RAM)。存储区是微控制器非常重要的内容。
本文就介绍一下8051的存储结构。包括存储器的组织、处理器对存储的访问、微控制器访问外部存储的方法。

在介绍存储结构之前，先介绍一下计算机结构。

1. 计算机结构分类

不管是微控制器还是微处理器，大都采用两种结构：冯诺依曼结构和哈佛结构。

冯诺尼曼结构：

哈佛结构：

两者的区别比较细微：哈佛结构的数据存储器和程序存储区是分开的，而冯诺依曼机构两者是一体的。

几乎所有的微控制器都使用哈佛结构（也包括51单片机）

个人猜测：哈佛结构的优势之一是可以同时取指令和取数据，提高执行效率。二是程序和数据可以采用不同的技术存储，以尽可能提高控制器的可靠性以及控制成本。

2 8051的内存组织

8051的内存被划分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。就像他们的名字一样，程序存储器用于存储程序（也可以说是指令），数据存储器用于存储数据（可以是运行时需要的变量）。

8051单片机同时具有内部 ROM 和内部 RAM。如果内部存储器不足，可以使用合适的电路添加外部存储器。

2.1 8051的程序存储器(ROM)

程序存储器用于存储待执行的代码。最原始的8051微控制器有一个4kb的程序存储器。

某些8051的变体没有任何的ROM（程序存储器），必须要外挂程序存储器。（比如8031,8032）

几乎所有的现代8051微控制器有8kb的程序存储器，并且使用flash来实现。这使得微控制器可以重复编程。

对于一个4kb的ROM，地址空间为0000H到0FFFH。如果地址超过这个范围，那么CPU会自动的从外部程序存储器中获取代码。也就是说，外部访问存储器的引脚需要连接在高位。（高地址是外部程序存储器，低地址是内部程序存储器）

在某些情况下，我们希望只使用外部程序存储区。这时候我们可以把外部地址的引脚连接到GND端，外部ROM的地址就变成0000H到FFFFH了

2.2 8051的数据存储器（RAM）

8051数据存储器（也可以称之为RAM）保存临时数据、以及运算时产生的中间数据。最原始的8051微控制器有一个128字节的RAM。

不过几乎所有的8051变体有256字节的RAM，在这256字节中，前128个字节用于工作寄存器（他们共同组成寄存器组）、位可寻址区域和通用 RAM (也称为暂存区域)。

我们可以进一步细分RAM的前128字节。前32字节（00H~1FH）分别是32个寄存器，他们被划分成4个寄存器组(register bank)，每组8个寄存器。
这四个寄存器组被命名为bank0、bank1、bank2、bank3。每一个组内包含的8个寄存器分别命名为R0~R7。

每一个寄存器可以通过两种方式寻址：按名称或者按地址。
假如按名称来寻址，首先要选中对应的寄存器组。我们必须要使用PSW中的RS1和RS2来选中对应的组。

假如使用地址来寻址，则不需要选中对应的组。

接下来的16字节（20H~2FH）是按位寻址存储器。16字节也就是128位，如果单独给这些比特编址可以是00H到7FH。举个例子： 32H(比特地址)指向26H（字节地址）的第2个比特。

最后的80字节(30H到7FH)是通用存储区，按字节寻址。

RAM的低128字节可以间接寻址或者直接寻址，高128字节(80H到FFH)被分配给特殊功能寄存器(SRF)，包括 I/O 端口寄存器(P0、 P1、 P2和 P3)、 PSW (程序状态字)、 A (累加器)、 IE (中断启用)、 PCON (电源控制)等。

SRF的地址仅可直接寻址。即使从80H到FFH的这段存储区中某些位置没有被用作SFR，他们可不能被用作RAM。

在某些微控制器中，会有128字节的额外RAM，他们与SFR共享存储地址。不过这些附加的RAM块仅可使用间接寻址。

3 8051与外部存储器的接口

仅靠内部的RAM/ROM很可能不够用，8051微控制器可以扩展存储。

如下是一种扩展方案：
注意，端口0（P0）不能用作IO端口，因为它将用于多路复用地址和数据总线（A0 - A7和D0 - D7）。一般而言，端口2可以用作地址总线的较高字节（不过有时也有例外）。

• 内容参考：https://www.electronicshub.org/8051-microcontroller-memory-organization/