【单片机】2.3 AT89S52的CPU

2.3 AT89S52的CPU

• CPU由运算器和控制器构成。

2.3.1 运算器

• 对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、位处理器、程序状态字寄存器PSW及两个暂存器等。

1．算术逻辑运算单元ALU

• 可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清零），还可算术运算（加、减、乘、除）
• ALU还有位操作功能，对位变量进行位处理，如置“1”、清“0”、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等。

2．累加器A

• 使用最频繁的寄存器，可写为Acc。“A”与“Acc” 书写上的差别，将在第3章介绍。位于片内的特殊功能寄存器区。
• 作用如下：
  * （1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU 运算结果存放 单元。
  * （2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。为解决“瓶颈堵塞”问题，AT89S52增加了一部分可以不经过累加器的传送指令。
• A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是位处理机的位累加器。

3．程序状态字寄存器PSW

• PSW（Program Status Word）位于片内特殊功能寄存器区，字节地址为D0H。
• 包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后的状态，供程序查询和判断。格式如图2-5所示。
  
• PSW中各个位的功能：
  • （1）Cy（PSW.7）进位标志位
    • 可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。
  • （2）Ac（PSW.6）辅助进位标志位
    • 在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。
  • （3）F0（PSW.5）用户设定标志位
    • 由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0，控制程序的流向。用户应充分利用。
  • （4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择
    • 选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区见表2-2。
      
  • （5）OV（PSW.2）溢出标志位
    • 当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。
  • （6）PSW.1位：保留位
  • （7）P（PSW.0）奇偶标志位
    • 指令执行完，累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。
      • P=1，表示A中“1”的个数为奇数。
      • P=0，表示A中“1”的个数为偶数。
    • 此标志位对串行通信有重要的意义，常用奇偶检验的方法来检验数据串行传输的可靠性。

2.3.2 控制器

• 任务：识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动协调地工作。
• 控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执行，从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。
• 程序计数器PC是一个独立的16位计数器，不可访问。单片机复位时，PC中内容为0000H，从程序存储器0000H单元取指令，开始执行程序。
• PC工作过程：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的地址，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1。
• PC中内容变化轨迹决定程序流程。当顺序执行程序时自动加1；执行转移程序或子程序、中断子程序调用时，自动将其内容更改成所要转移的目的地址。
• PC的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。PC为16位，故可对**64KB（=2^16B）**寻址。