1.3 单片机的存储器

1.3.1 存储器的常用单位和数制

1. 位（bit）

位是计算机内部数据储存的最小单位，常用b来表示。一个二进制位只可以表示1和0两种状态。

2. 字节（Byte）

字节是计算机中数据处理的基本单位，常用B来表示。计算机中以字节为单位存储和解释信息，规定一字节由8位二进制位构成。1Byte =8bit。8 位二进制数最小为00000000，最大为11111111。

3. 数制

数制就是数的进位制。单片机中还常使用二进制、八进制和十六进制。

1）进位计数制

按进位的原则进行计数的方法称为进位计数制。在采用进位计数制的数字系统中，如果用r个基本符号（如0，1，2，…，r-1）表示数值，则称其为基r数制，r称为该数制的基（也称为权）。例如，日常生活中常用的十进制数，就是r=10，即基本符号为0，1，2，…，9。如果取r =2，即基本符号为0，1，则为二进制数。计算机中常用的几种进制数的表示如表1-2所示。

2）二、八、十六进制数（非十进制数）转换为十进制数

非十进制数转换为十进制数的方法是：将各位数码与位权相乘求和，就能得到十进制数。二、八、十六进制数转换为十进制数的举例如表1-3所示。

3）十进制数转换为二、八、十六进制数

十进制数转换成二进制数的方法：除2取余，即将十进制数依次除2，并记下余数，一直除到商为0，最后把余数按相反次序排列，得到的就是相应的二进制数。例如，将十进制数30转换成二进制数的过程如下所示：

将十进制数转换为八进制数和十六进制数也可采用除8取余和除16取余的方法，但相对比较麻烦，可借助二进制数进行转换。因为23 =8，24 =16，所以可以进行以下转换。

十进制数转换为八进制数：30D=011110B=36O。

十进制数转换为十六进制数：30D=00011110B=1EH。

1.3.2 存储器的配置

1. 分类

在单片机中，用户设计的程序及程序运行时的数据将存放到存储器中。程序设计完成后写到存储器中，在单片机运行时程序只能从存储器中被读取，不能再修改，否则将发生运行错误。这种用来存放程序的只能读不能写的存储器，称为只读存储器（ROM）。而在单片机运行时的数据将随着程序的运行发生变化，因此存放数据的存储器既可读又可写，将这样的存储器称为数据存储器或随机存储器（RAM）。

51系列单片机有两种存储器（程序存储器和数据存储器），它们又分为4个物理存储空间（内部程序存储器、外部程序存储器、内部数据存储器、外部数据存储器），如图1-18所示。

2. 存储容量与地址分配（如表1-4所示）

3. 程序存储器

AT89C51单片机的程序存储器为16位地址，可寻址范围为64KB（外部存储器的最大容量为64KB，内部程序存储器最大容量为4KB）。它从物理结构上分为内部程序存储器和外部程序存储器两部分，在逻辑结构上为一个部分，采用同一指令MOVC进行访问。用外部引脚EA电平的高低来区分4KB空间访问的是内部程序存储器还是外部程序存储器。

1）内部数据存储器

AT89C51单片机的内部数据存储器的地址为8位，可寻址范围为256B。其地址分配和用途如表1-5所示。

（1）21个特殊功能寄存器，如表1-6所示。

表1-6中的其他寄存器会在相应的章节详细介绍。

（2）程序状态字PSW的各位定义及功能如表1-7所示。

2）外部数据存储器

AT89C51单片机的外部数据存储器为16位地址，最多可扩充到64KB。内部RAM和外部RAM的低256B的地址相同，但它们却是两个不同的地址空间。区分这两个地址空间的方法是采用不同的指令：访问内部RAM用MOV，访问外部RAM用MOVX。

1.3.3 寻址方式

所谓寻址方式就是单片机指令中提供的操作数的形式，也就是寻找操作数或操作数所在地址的方式。在51系列单片机中，存放数据的存储器空间有4种：内部RAM、特殊功能寄存器SFR、外部RAM和程序存储器ROM。其中，内部RAM和特殊功能寄存器SFR统一编址，外部RAM和程序存储器ROM是分开编址的。为了区别指令中操作数所处的地址空间，对于不同存储器的数据操作，采用不同的寻址方式，共有七种：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、位寻址、相对寻址。

1. 立即数寻址

指令中直接给出操作数的寻址方式称为立即数寻址。立即数用前面加“#”号的8位数表示（#data，如#30H）或16位数（#data16，如#2052H）表示。

例：MOV A，#80H；80H→A

MOV DPTR，#2000H；2000H→DPTR

2. 直接寻址

指令中直接给出操作数地址（direct）的寻址方式称为直接寻址。寻址对象为：内部数据存储器，在指令中以直接地址表示；特殊功能寄存器SFR，在指令中用寄存器名称表示。

例：MOV A，25H；内部RAM的（25H）→A

MOV P0，#45H；45H→P0，P0为直接寻址的SFR

MOV 30H，20H；内部RAM的（20H）→（30H）

3. 寄存器寻址

以通用寄存器的内容为操作数的寻址方式称为寄存器寻址。通用寄存器包括A、B、DPTR、R0～R7。其中B寄存器仅在乘法、除法指令中为寄存器寻址，在其他指令中为直接寻址。A寄存器既可以为寄存器寻址，又可以为直接寻址（此时记为ACC）。直接寻址和寄存器寻址的差别在于：直接寻址时，寻址地址为操作数所在的字节地址（占1字节）；寄存器寻址时，寄存器编码出现在指令码中。寄存器寻址的速度比直接寻址要快。除了上面所介绍的几个寄存器外，其他特殊功能寄存器一律为直接寻址。

例：MOV A，R0；R0→A，R0为寄存器寻址

MUL AB；A × B→BA，A，B为寄存器寻址

MOV B，R0；R0→B，R0为寄存器寻址，B为直接寻址

PUSH ACC；A的内容入栈，A为直接寻址

ADD A，ACC；A为寄存器寻址，ACC为直接寻址

4. 寄存器间接寻址

以寄存器中的内容为地址，该地址的内容为操作数的寻址方式称为寄存器间接寻址。能够进行寄存器间接寻址的寄存器有R0、R1、DPTR，用前面加@表示，如@R0、@R1、@DPTR。寄存器间接寻址的存储空间包括内部数据存储器和外部数据存储器。由于内部数据存储器共有128B，所以用1B的R0和R1可间接寻址整个空间。而外部数据存储器最大可达64KB，仅R0或R1无法寻址整个空间，为此需要由P2端口提供外部RAM高8位地址，由R0或R1提供低8位地址，由此共同寻址64KB范围。也可用16位的DPTR寄存器间接寻址64KB存储空间。

在指令中，是对内部RAM还是对外部RAM寻址，区别在于对外部RAM的操作仅有数据传送指令，并且用MOVX作为操作助记符。

例：MOV@R0，A；A→以R0内容为地址的内部RAM中

MOVX @DPTR，A；A→以DPTR内容为地址的外部RAM中

5. 变址寻址

由寄存器DPTR或PC中的内容加上A累加器内容之和而形成操作数地址的寻址方式称为变址寻址。变址寻址只能对程序存储器中的数据进行寻址操作。由于程序存储器是只读存储器，所以变址寻址只有读操作而无写操作。在指令符号上采用MOVC的形式。

例：MOVC A，@A+DPTR；（A+DPTR）→A

MOVC A，@A+PC；（PC）+1→PC（（A）+（PC））→A

6. 位寻址

对位地址中的内容进行位操作的寻址方式称为位寻址。由于单片机中只有内部RAM和特殊功能寄存器的部分单元有位地址，所以位寻址只能对有位地址的空间进行寻址操作，内部RAM位寻址区为20H～2FH单元，共有16B，128位，位地址为00H～7FH，位地址分配表如表1-8所示。位寻址是一种直接寻址方式，由指令给出直接位地址。与直接寻址不同的是，位寻址只给出位地址，而不是字节地址。

例：SETB 20H；1→20H位

MOV 32H，C；进位CY（即指令中的C）→32H位

7. 相对寻址

以当前程序计数器PC的内容为基址，加上指令给出的1B补码数（偏移量）形成新的PC值的寻址方式称为相对寻址。相对寻址方式只修改PC值，因此它主要用于实现程序的分支转移。

例：SJMP 08H；PC+2 +08H→PC（该指令为2B，所以有PC+2）