EA/VPP：片外程序存储器的选用端，该引脚EA为低电平，则读取外部程序存储器指令。当EA为高电平并且程序地址小于4KB时，读取内部程序存储器指令，而超过4KB地址则读取外部指令。对内部无程序存储器的8031芯片，EA保持接地。另外，在对单片机内部EPROM进行编程时，EA/VPP引脚还要加上12V的编程电压。
2.1.2 CPU
MCS-51单片机的CPU由运算器和控制器构成，是单片机的核心部分。它的组成和工作原理与多数CPU有相似之处，具体介绍如下。
1．运算器
运算器以算术逻辑单元（ALU）为核心，包括累加器（A）、寄存器（B）、暂存寄存器、程序状态字寄存器（PSW）等部件。它的功能是完成算术和逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。
（1）算术逻辑单元由加法器和其他逻辑电路（如移位电路、控制门电路等）组成。它不仅能完成8位二进制数的加、减、乘、除、加1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进行与、或、异或、循环移位、求补、清零等逻辑运算，并具有数据传送、程序转移以及位处理（布尔操作）等功能。
（2）累加器是一个8位寄存器，是CPU中使用最频繁的寄存器。通过暂存器与ALU相连，向ALU提供操作数并存放运算结果。
（3）寄存器是为ALU进行乘、除法运算而设置的，在乘、除法运算时用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果，不进行乘、除法运算时，还可作为通用寄存器使用。
（4）暂存寄存器暂时存储数据总线或其他寄存器送来的操作数，作为ALU的数据源，向ALU提供操作数。
（5）程序状态字寄存器是一个8位的特殊寄存器，它保存ALU运算结果的特征和处理状态，以供程序查询和判别。其中各位状态信息通常是指令执行过程中自动形成的，也可以由用户根据需要加以改变。PSW各位见表2-3。
表2-3 PSW各位
① CY（PSW.7）：进位标志。无符号数运算中，当加法或减法运算最高位有进位或借位时，CY=1；进行加法或减法运算时，最高位无进位或借位，CY=0。CY主要用在多字节的加减法运算中，CY可以写成C。
② AC（PSW.6）：辅助进位标志。无符号数运算中，进行加法或减法运算时，低4位向高4位有进位或借位，AC=1；低4位向高4位无进位或借位，AC=0。AC常作为计算机进行BCD码修正的判断依据。
③ F0（PSW.5）：用户标志位，无特别意义，供用户自定义。通过软件置位或清0，并根据F0=1或0来反映系统某一种工作状态，决定程序的执行方式。
④ RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：工作寄存器组选择位，可用软件置位或清0，用于选定当前使用的4个工作寄存器组中的某一组，具体对应关系见表2-4。
表2-4 RS1、RS0取值与工作寄存器组（R0～R7）的对应关系
⑤ OV（PSW.2）：溢出标志位，主要用于有符号数运算，运算结果超出范围时，OV=1；否则，OV=0。如为8位运算，结果超过了8位补码所能表示的范围时，OV=1。
⑥ P（PSW.0）：奇偶标志位。在执行指令后，单片机根据累加器的8位二进制数中“1”的个数的奇偶，自动给该标志置位或清0。若累加器的8位二进制数中“1”的个数为奇数，则P=1；若累加器A中“1”的个数为偶数，则P=0。该标志对串行通信的数据传输非常有用，通过奇偶校验可检验传输的可靠性。
2．控制器
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、数据地址指针（DPTR）、堆栈指针等组成。其功能是对来自程序存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。
1）程序计数器（Program Counter, PC）
PC是一个16位的专用寄存器，并具有自动加1的功能。当CPU要取指令时，PC的内容送到地址总线上，从而指向程序存储器中存放当前指令的单元地址，以便从程序存储器中取出指令，加以分析、执行。同时PC自动加1，指向下一条指令，以保证程序按顺序执行。也可以通过控制转移指令改变PC的值，实现程序的转移。
2）指令寄存器（Instruction Register, IR）
指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。指令译码电路是对指令寄存器中的指令进行译码，将指令转变为执行此指令所需要的电信号，再经定时控制电路定时产生执行该指令所需要的各种控制信号。
3）指令译码器（Instruction Decoder, ID）
指令译码器将指令寄存器中的指令进行译码，产生一定序列的控制信号，完成指令所规定的操作。
4）数据地址指针（DPTR）
数据地址指针（DPTR）是一个16位的专用地址指针寄存器，它由DPH和DPL这两个特殊功能寄存器组成。DPH是DPTR的高8位，DPL是DPTR的低8位。
DPTR用于存放16位地址，可对外部数据存储器RAM 64KB（0000H～0FFFFH）地址空间寻址。
5）堆栈指针（Stack Pointer, SP）
在计算机或单片机中处理子程序调用和中断操作等问题时，通常需要保存返回地址和保护现场信息。在MCS-51单片机中，堆栈用来保存返回地址和保护现场信息，堆栈是在RAM中专门开辟的一个特殊的存储区。堆栈区域的位置就由堆栈指针指定。堆栈的访问原则是先进后出、后进先出，即先进入堆栈的数据后移出堆栈，后进入堆栈的数据先移出堆栈。堆栈一端的地址是固定的，称为栈底；另一端的地址是动态变化的，称为栈顶。堆栈有两种操作方式：数据进栈和数据出栈。进栈和出栈都在栈顶进行。
堆栈主要用来暂时存放数据，有两种情况：一种是CPU自动使用堆栈，当调用子程序或响应中断、处理中断服务程序时，CPU自动将返回地址存放到堆栈中，通过堆栈传递参数。另一种是程序员使用堆栈，用堆栈暂时存放数据。堆栈指针中为栈顶的地址，即指向栈顶。堆栈指针具有自动加1、自动减1功能，当数据进栈时，先自动加1，然后CPU将数据存入；当数据出栈时，CPU先将数据送出，然后自动减1。
2.1.3 存储器
Intel公司的MCS-51单片机的存储器体系采用哈佛结构。在MCS-51单片机中，不仅在片内预留了一定容量的程序存储器、数据存储器以及众多的特殊功能寄存器（SFR），而且还具备外部存储器扩展功能，程序存储器和数据存储器的最大寻址空间均可达64KB，寻址和操作简单方便，其存储器结构如图2-5所示。
图2-5 MCS-51单片机存储器结构
由图2-5可见，MCS-51单片机的存储器在物理上设有四个空间，即内部程序存储器、外部程序存储器、内部数据存储器和外部数据存储器。但由于内、外部程序存储器统一寻址，事实上只有3个逻辑空间，即内、外部统一寻址的64KB程序存储器地址空间、内部256B数据存储器地址空间和外部64KB的数据存储器地址空间，通过指令区分访问内部数据存储器还是外部数据存储器。在访问这3个逻辑空间时，应分别采用不同形式的指令，如MOVC（访问程序存储器）、MOV（访问内部数据存储器）和MOVX（访问外部数据存储器）等。内部数据存储器空间在物理上又包含两部分：对于51子系列单片机（如8031），从00H～7FH共128字节是真正的内部RAM空间，而80H～FFH仅其中20余字节用作特殊功能寄存器（SFR）空间，访问其他字节是无意义的；对于52子系列的单片机（如8032或8052），00H～7FH的含义与51子系列相同，而80H～FFH是内部数据存储器高端地址和特殊功能寄存器（SFR）端口地址的重叠区域。
1．程序存储器
程序存储器（Program Memory）主要用于存放应用程序、表格和常数。由于MCS-51单片机采用16位的程序计数器和16位的地址总线，因而程序存储器可扩展的地址空间为64KB，并且这64KB地址在空间分布范围上是连续和统一的。
单片机应用系统中的程序存储器一般采用半导体只读存储器，即ROM。这种存储器在计算机运行时只能对其执行读操作，即使整机掉电后存于其中的信息也不会丢失，显然适合于存放用户程序、常数和表格等。
MCS-51单片机的程序存储器为固定的只读存储器（ROM）。如8051中含有4KB容量的掩膜ROM，8751中含有4KB容量的EPROM，89C51中含有4KB容量的FlashROM。而8031/8032中不设程序存储器，使用过程中必须外扩ROM。
MCS-51单片机的整个程序存储器可以分为内部和外部两部分，CPU访问外部ROM时，PSEN引脚上产生选通信号。CPU读取内/外部的指令由EA引脚所接的电平决定。
（1）当EA引脚接高电平时，CPU可访问内部和外部ROM，并且程序自内部ROM开始执行，PC值超出内部ROM容量时，会自动转向外部ROM中的程序。
（2）当EA引脚接低电平时，总是寻址外部ROM，且从0000H开始编址，系统全部执行外部ROM中的程序。
所以，内部集成了ROM的8051/8751/89C51等单片机正常运行时，EA引脚应接高电平；而内部无ROM的8031/8032等单片机，外部必须扩展足够容量的专用ROM器件，且EA引脚必须接低电平，以迫使单片机运行时只能从外部ROM读取指令。
2．内部数据存储器
MCS-51单片机的内部数据存储器是最灵活的地址空间，由于集成在芯片内部，因此存取速度快、效率高，但数量少，常用于存放运算的中间结果、数据缓冲以及设置特征标志等。内部数据存储器在物理上分为两个不同的功能区，如图2-6所示。
（1）内部数据区：对51子系列（如8031/8051/AT89C51等）为该地址空间的低128B（00H～7FH），对52子系列（如8032/8052/AT89C52等）为全部256B的存储空间（00H～FFH）。内部数据访问与存储使用指令MOV。以AT89C51为例，内部RAM地址00H～1FH分配给R0～R7寄存器组，具体地址分配见表2-5；内部RAM地址20H～2FH的位地址对应关系见表2-6。
（2）特殊功能寄存器（Special Function Register, SFR）区：地址空间的高128字节（80H～FFH）。对于52子系列，高128字节RAM区与SFR区是重叠的，访问时要通过不同的寻址方式加以区别，即访问高128字节RAM区时使用间接寻址方式，而访问SFR区时，则应使用直接寻址方式。对于51子系列，高128字节RAM区仅为SFR区。8051和8052系列单片机的主要特殊功能寄存器符号与含义见表2-7。
