AT89S51的CPU

    由图2-1可见，AT89S51的CPU是由运算器和控制器构成的。
　　
　  运算器

      运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、程序状态字寄存器PSW、位处理器及两个暂存器等。
　　
　　1．算术逻辑运算单元ALU
　　
　　ALU的功能十分强大，它不仅可对8位变量进行逻辑与、逻辑或、逻辑异或、循环、求补和清0等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本算术运算。AT89S51的ALU还具有位操作功能，它可对位(bit)变量进行位处理，如置1、清0、求补、测试转移及逻辑与、或等操作。
　　
　　2．累加器A累加器A是CPU中使用最频繁的一个8位寄存器，有些场合下必须写为ACC。“A”与“Acc”在书写上的差别，将在第3章介绍。
　　
　　累加器的作用如下：
　　
　　(1)累加器A是ALU单元的输人数据源之一，它又是ALU运算结果的存放单元。
　　
　　(2) CPU中的数据传送大多都通过累加器A，故累加器A又相当于数据的中转站。为解决累加器结构所带来的“瓶颈堵塞”问题，AT89S51增加了一部分可以不经过累加器的传送指令。
　　
　　累加器A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累加器。
　　
　　3．程序状态字寄存器PSW

      AT89S51的程序状态字寄存器PSW(Program Status Word)位于单片机片内的特殊功能寄存器区，字节地址为DOH。PSW的不同位包含了程序运行状态的不同信息，其中4位保存当前指令执行后的状态，以供程序查询和判断。PSW的格式如图2-3所示。

     PSW中各个位的功能如下：
　　
　　(1) Cy(PSW．7)进位标志位：Cy也可写为C。在执行算术运算和逻辑运算指令时，若有进位／借位，Cy=l；否则，Cy=0。在位处理器中，它是位累加器。
　　
　　(2) Ac(PSW.6)辅助进位标志位：Ac标志位在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进位或借位时，Ac=l；否则，Ac=0。
　　
　　(3) FO(PSW.5)用户设定标志位：由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0，也可由指令来测试该标志位，根据测试结果控制程序的流向。编程时，用户应充分地利用该标志位。
　　
　　(4) RS1、RSO (PSW．4、PSW. 3)4组工作寄存器区选择控制位1和位O：这两位用来选择片内RAM区的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区，RS1、RSO与所选择的4组工作寄存器区的对应关系见表2-2。

      表2-2 RSI、RSO与4组工作寄存器区的对应关系
　　
　　(5) OV(PSW.2)溢出标志位：当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。
　　
　　(6) PSW.1位：保留位，未用。
　　
　　(7) P(PSW.0)奇偶标志位：该标志位表示指令执行完时，累加器A中1的个数是奇数还是偶数。
　　
　　P=1，表示A中1的个数为奇数。
　　
　　P=0，表示A中1的个数为偶数。
　　
　　此标志位对串行通信中的串行数据传输有重要的意义。在串行通信中，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。
　　
　　控制器
　　
　　控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动协调地工作。
　　
　　控制器主要包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。其功能是控制指令的读入、译码和执行，从而对单片机的各功能部件进行定时和逻辑控制。
　　
　　程序计数器PC是控制器中最基本的寄存器，它是一个独立的16位计数器，是不可访问的，即用户不能直接使用指令对PC进行读／写。当单片机复位时，PC中的内容为OOOOH，即CPU从程序存储器0000H单元取指令，开始执行程序。
　　
　　PC的基本工作过程是：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的地址发送给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1，这也就是为什么PC被称为程序计数器的原因。
　　
　　PC中内容的变化轨迹决定了程序的流程。由于PC是不可访问的，当顺序执行程序时自动加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，由运行的指令自动将其内容更改成所要转移的目的地址。
　　
　　程序计数器的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。AT89S51中的PC位数为16位，故可对64 KB(=2的16次方B)的程序存储器进行寻址。

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