一、概述

8051系列單片機將作為控制應用最基本的內容集成在一個硅片上，其內部結構如圖4-1所示。作為單一芯片的計算機，它的內部結構與一臺計算機的主機非常相似。其中微處理器相當于計算機中的CPU，由運算器和控制器兩個部分構成；數據存儲器（RAM）相當于計算機的內存，負責存儲程序運行時的中間數據；程序存儲器（ROM/EPROM/FLASH）相當于計算機的硬盤，掉電后數據不會消失，用來保存程序代碼；并行I/O口有四組，分別稱為P0口、P1口、P2口和P3口，每組I/O口有8根線；串行口有一個，使用兩根線進行數據通信。并行口和串行口相當于計算機的多功能接口，用于連接其他輸入輸出設備。此外，定時器/計數器類似于運動場上裁判員使用的秒表，用于對系統時鐘或外部脈沖信號計數；中斷系統就像電梯上的緊急按鈕，可以暫停主程序的運行，使程序轉向處理突發事件；特殊功能寄存器相當于多組開關，用于對單片機功能的設置。

8051系列單片機內部結構歸納整理

核心組件及其功能：

• 微處理器（CPU）: 由運算器和控制器組成，類似于計算機中的中央處理器，負責指令的執行和數據處理。
• 數據存儲器（RAM）: 相當于計算機的內存，用于臨時存儲程序運行時產生的中間數據。
• 程序存儲器（ROM/EPROM/FLASH）: 類似于計算機的硬盤，用于永久存儲程序代碼，即使斷電數據也不會丟失。

輸入輸出接口：

• 并行I/O口: 包括P0、P1、P2和P3四組端口，每組有8根線，主要用于與外部設備進行數據交換。
• 串行口: 單個串行口使用兩根線進行數據通信，適合與其他設備進行串行數據傳輸。

輔助功能模塊：

• 定時器/計數器: 用于對系統時鐘或外部脈沖信號進行計數，類似運動場上的秒表。
• 中斷系統: 可以暫停主程序的執行來響應突發事件，類似于電梯上的緊急按鈕。
• 特殊功能寄存器: 用于配置單片機的功能，如同一組開關，控制著不同的操作模式和功能設置。

通過將這些基本組成部分集成在一個硅片上，8051系列單片機實現了高度集成化和小型化，非常適合用于各種控制應用。這種設計不僅簡化了硬件連接，也提高了系統的穩定性和可靠性。

8051系列單片機是基于馮·諾依曼（Von-Neumann）結構設計的。這種內核結構的單片機典型特點是將CPU、程序存儲器和數據存儲器等部件都掛接在內部同一條8位的數據總線上，CPU通過該總線與程序存儲器、數據存儲器、I/O口等進行通信。基于馮·諾依曼結構的單片機內部結構如圖4-2所示