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mcs-51单片机CPU的内部结构及工作原理

时间:2009-03-16 18:55来源:未知 作者:牛牛 点击:
单片机内部有一个 8 位的 CPU ,同时知道了 CPU 内部包含了运算器,控制器及若干寄存器。 51 单片机 CPU 的内部结构及工作原理。 从图中我们可以看到,在虚线框内的就是 CPU 的内部结构了, 8 位的 MCS-51 单片机的 CPU 内部有数术逻辑单元 ALU ( Arithmeti

单片机内部有一个8位的CPU,同时知道了CPU内部包含了运算器,控制器及若干寄存器。51单片机CPU的内部结构及工作原理。

单片机

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从图中我们可以看到,在虚线框内的就是CPU的内部结构了,8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALUArithmetic Logic Unit)、累加器A8位)、寄存器B8位)、程序状态字PSW8位)、程序计数器PC(有时也称为指令指针,即IP16位)、地址寄存器AR16位)、数据寄存器DR8位)、指令寄存器IR8位)、指令译码器ID、控制器等部件组成。 内容来自单片机之家www.dpj100.com

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图片1 内容来自单片机之家www.dpj100.com

1、运算器(ALU)的主要功能
A)算术和逻辑运算,可对半字节(一个字节是8位,半个字节就是4位)和单字节数据进行操作。
B)加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算。
C)与、或、异或、求补、循环等逻辑运算。
D)位处理功能(即布尔处理器)。
由于ALU内部没有寄存器,参加运算的操作数,必须放在累加器A中。累加器A也用于存放运算结果。
例如:执行指令 ADD A,B
执行这条指令时,累加器A中的内容通过输入口In_1输入ALU,寄存器B通过内部数据总线经输入口In_2输入ALU,A+B的结果通过ALU的输出口Out、内部数据总线,送回到累加器A。

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2、程序计数器PC
PC的作用是用来存放将要执行的指令地址,共16位,可对64K ROM直接寻址,PC低8位经P0口输出,高8位经P2口输出。也就是说,程序执行到什么地方,程序计数器PC就指到哪里,它始终是跟蹿着程序的执行。我们知道,用户程序是存放在内部的ROM中的,我们要执行程序就要从ROM中一个个字节的读出来,然后到CPU中去执行,那么ROM具体执行到哪一条呢?这就需要我们的程序计数器PC来指示。
程序计数器PC具有自动加1的功能,即从存储器中读出一个字节的指令码后,PC自动加1(指向下一个存储单元)。
3、指令寄存器IR
指令寄存器的作用就是用来存放即将执行的指令代码。
在这里我们先简单的了解下CPU执行指令的过程,首先由程序存储器(ROM)中读取指令代码送入到指令寄存器,经译码器译码后再由定时与控制电路发出相应的控制信号,从而完成指令的功能。关于指令在单片机内部的执行过程,我们在后面将会以另一节课来进行详细的讲解。
4、指令译码器ID
用于对送入指令寄存器中的指令进行译码,所谓译码就是把指令转变成执行此指令所需要的电信号。当指令送入译码器后,由译码器对该指令进行译码,根据译码器输出的信号,CPU控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号,使单片机正确的执行程序所需要的各种操作。

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5、地址寄存器AR(16位)
AR的作用是用来存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息,指令码所在存储单元的地址编码,由程序计数器PC产生,而指令中操作数所在的存储单元地址码,由指令的操作数给定。从上图中我们可以看到,地址寄存器AR通过地址总线AB与外部存储器相连。
6、数据寄存器DR
用于存放写入外部存储器或I/O端口的数据信息。可见,数据寄存器对输出数据具有锁存功能。数据寄存器与外部数据总线DB直接相连。
7、程序状态字PSW
用于记录运算过程中的状态,如是否溢出、进位等。
例如,累加器A的内容83H,执行:
ADD A,#8AH ;累加器A与立即数8AH相加,并把结果存放在A中。
指令后,将产生和的结果为[1]0DH,而累加器A只有8位,只能存放低8位,即0DH,元法存放结果中的最高位B8。为些,在CPU内设置一个进位标志位C,当执行加法运算出现进位时,进位标志位C为1。
8、时序部件
由时钟电路和脉冲分配器组成,用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号 内容来自单片机之家www.dpj100.com

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