MCS-51单片机芯片内部结构及特点
（一）MCS-51单片机的基本组成
89C51单片机系统结构框图如图2-1所示。
单片机结构主要组成包括以下内容：
（1）一个8位的89C51微处理器CPU（Central Processing Unit）。
图2-1 89C51单片机结构框图
（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR（RandomAccess Memory/Special Function Register）。
（3）片内4KB程序存储器Flash ROM（Read Only Memory）。
（4）四个8位并行I/O端口P0～P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出。
（5）两个16位的定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式。
（6）具有五个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。
（7）一个全双工UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。
（8）片内振荡器和时钟产生电路，最高允许振荡频率为24MHz。
（9）89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。
以上各个部分通过片内8位数据总线DB（Data Bus）相连接。
（二）MCS-51单片机芯片的内部结构
89C51单片机的内部结构如图2-2所示。
由图2-2可见，89C51单片机是由中央处理器、片内存储器RAM/ROM、P0～P3组成的I/O端口以及各种存储器组成的特殊功能寄存器SFR和串行接口、定时/计数器、中断系统、振荡器等构成。
1.中央处理单元（CPU）
中央处理单元简称CPU，是单片机的核心部分，由运算器和控制器组成，主要完成运算和控制功能。89C51单片机的CPU能处理8位二进制数和代码。
运算器包括算术/逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器ACC（Accumulator）、寄存器B、暂存寄存器（TMP1、TMP2）、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）等。主要用于实现数据的算术运算、逻辑运算、位处理和数据传送操作。
图2-2 89C51单片机芯片内部结构图
控制器包括指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、定时及控制逻辑电路，程序计数器PC（Program Counter）等。主要用于保证单片机各部分能够自动而协调地工作。
2.内部数据存储器（片内RAM）
数据存储器用于存放可读写的中间结果、数据或标志。89C51芯片内共有256个RAM单元，其中高128个单元被特殊功能寄存器SFR占用，能作为数据存储器供用户使用的只是低128个单元，地址范围是00H～7FH。
3.内部程序存储器（片内ROM）
程序存储器为只读存储器（简称ROM），存放程序指令、常数及数据表格。89C51芯片内共有4KB的EPROM，地址范围是0000 H～0FFFH。
4.定时/计数器
89C51芯片中共有两个16位的定时/计数器，用于实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果（查询或中断方式）对单片机进行控制，以满足控制应用的需要。
5.并行I/O口
89C51芯片中共有四个8位的并行I/O口（P0～P3），主要用于实现与外部设备或接口中数据的并行输入/输出，每个并行口既可以用作输入，也可以用作输出。有些I/O口还具有第二功能。
6.串行口
89C51单片机有一个全双工通用异步串行口UART，用于单片机和其他数据设备之间的异步串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位寄存器使用。
7.中断控制系统
中断系统的主要功能是对外部或者内部的中断请求进行管理。89C51共有五个中断源，包括两个外部中断源
和三个内部中断源（两个定时/计数中断和一个串行口中断）。全部中断分为高优先级和低优先级共两个优先级别。
8.片内振荡器和时钟电路
OSC（OSCillator）是控制器的心脏，时钟电路为单片机控制器产生时钟脉冲序列，用于协调和控制单片机的工作。89C51芯片的内部有时钟电路，但需要外接石英晶体和微调电容。振荡脉冲频率范围为0～24MHz。
从上述内容可以看出，MCS-51单片机虽然是一个单片机芯片，但是它包括了作为计算机应该具有的所有基本部件，因此，实际上它已经是一个简单的微型计算机了。