第二章 单片机硬件结构

2.2  微处理器    

    51单片机的微处理器是一个8位字长的高性能微处理器，它的作用是读入并分析每条指令，根据各指令的功能控制单片机的各功能部件执行指定的运算或操作。它主要由运算器、控制器和相应的特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）组成。

    1．运算器

    51单片机的运算器由算术逻辑单元（Arithmetic and Logical Unit，ALU）、累加器ACC、寄存器B和程序状态字（Program Status Word，PSW）组成。算术逻辑单元（ALU）是微处理器的核心，它由加法器、布尔处理器和两个暂存器TMP1和TMP2组成。运算结果的状态由程序状态字（PSW）保存。累加器ACC、寄存器B和程序状态字（PSW）在功能上属于运算器，但在单片机物理位置上属于内部数据存储器，因此在数据存储器部分再详细介绍它们。ALU的组成见表2-2。

 

    2．控制器

    控制器由指令寄存器（Instruction Register，IR）、指令译码器（ID）、振荡器（OSC）、定时与控制模块和程序计数器（Program Counter，PC）组成，如图2-6所示。执行一条指令时，先要把它从程序存储器取到指令寄存器（IR）中。指令内容含操作码和地址码，操作码送往指令译码器（ID），并形成相应指令的微操作信号。地址码送往操作数地址形成电路，以便形成实际的操作数地址。因此可以说，指令寄存器（IR）总是保存当前正在执行的一条指令。
    振荡器（OSC）是控制器的心脏，当它外接石英晶体和频率微调电容就可以产生内部矩形时钟脉冲信号，其频率是单片机的重要性能指标之一。
    定时与控制模块是控制器的核心部件，它的任务是控制取指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种微操作控制信号，协调各部件操作。
    程序计数器（PC）是一个二进制16位的程序地址寄存器，它的主要功能是：
    1）存放下一条要执行的指令在程序存储器中的16位地址。
    2）每当取完一个字后，PC内容自动增1，为取下一个字作准备，但在执行转移、子程序调用、返回、中断响应等指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。
    3）单片机上电或复位时，PC=0000H，程序从0000H地址开始执行。
    4）程序计数器（PC）不属于特殊功能寄存器（SFR），本身没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对其进行读写。
    单片机的体积虽然不及奔腾微处理器，但却和台式PC一样都是微型计算机，单片机的微处理器也具有奔腾微处理器的基本功能和结构。