此前已經介紹了關于8051微控制器基礎知識和引腳圖說明等相關知識，而在本文中，將重點介紹8051微控制器的硬件方面內容，如 I/O 端口、RAM、ROM、定時器和串行端口等。

微控制器的基本組件

微處理器和微控制器之間的區別在于片上外圍設備的可用性，如內存(RAM 和 ROM)、I/O 端口、定時器/計數器、通信接口(如串行端口)等。

下圖顯示了微控制器的基本組件。由于所有組件(以及一些其他組件)都集成在單個芯片(集成電路IC)上，因此可以將微控制器視為微型計算機(或單片機)。

1、CPU(中央處理器);它是微控制器的大腦，主要由算術邏輯單元(ALU)和控制單元(CU)等重要部件組成。CPU是與內存、輸入和輸出等外圍設備進行通信的主要設備。

顧名思義，ALU(算術邏輯單元)執行算術和邏輯運算。CU(控制單元)負責CPU與其外圍設備之間的通信過程的計時。

2、程序存儲器;CPU的指令存儲在程序存儲器中。它通常實現為只讀存儲器(ROM)，即使斷電或系統重置，寫入其中的程序也會保留。

現代程序存儲器模塊通常由EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)組成，它是一種非易失性存儲器。在這種類型的存儲器中，可以使用特殊的編程信號擦除和重新編程數據。當微控制器上電或手動復位時，處理器從程序存儲器中的預定義存儲位置(地址)執行一組指令。

3、數據存儲器;微控制器中的數據存儲器負責存儲變量值、臨時數據、中間結果和其他數據，以便程序正常運行。數據存儲器通常被稱為RAM(隨機存取存儲器)，它是一種易失性存儲器。它通常組織為寄存器，包括特殊功能寄存器 (SFR) 和用戶可訪問的內存位置。

4、輸入和輸出端口;I/O端口(輸入/輸出端口)為微控制器提供了與外界的物理連接。輸入端口提供了一個網關，用于在傳感器的幫助下傳遞來自外部世界的數據。來自輸入端口的數據被處理(取決于應用程序)并將確定輸出端口上的數據。輸出端口允許微控制器控制外部設備(如電機和LED)。通常，微控制器中的所有端口都具有雙重功能，即它們可以作為輸入和輸出端口(但不能同時)。

4、時鐘發生器(振蕩器);時鐘信號允許微控制器和其他部件內部的操作同步。時鐘發生器是微控制器架構不可分割的一部分，用戶必須以晶體的形式提供額外的定時電路。

8051微控制器架構

8051微控制器是一個8位微控制器，即它可以讀取、寫入和處理8位數據。有很多制造商，如Atmel、NXP、TI，他們都制造自己的8051微控制器版本。

無論是哪家制造商，其內部硬件設計(即8051微控制器架構)或多或少都保持不變。下圖以框圖樣式顯示了8051微控制器架構：

8051微控制器架構框圖顯示8051微控制器由CPU、RAM(SFR和數據存儲器)、閃存 (EEPROM)、I/O端口和用于外設之間通信的控制邏輯組成。8051微控制器內部所有這些不同的外設都將通過8位數據總線(也稱為內部數據總線)相互通信。

另外，請閱讀關于8051微控制器引腳圖和引腳說明的這篇文章。

8051微控制器特性

下面將簡單介紹下8051微控制器架構的主要特性。

注意：內部ROM和RAM等一些功能特性會因8051微控制器的特定型號而異。

具有兩個寄存器 A(累加器)和B的8位 CPU。

8K字節的內部ROM – 它是一種支持系統內編程的閃存。

256字節的內部RAM – RAM的前128個字節(即00H到7FH)再次劃分為4個組，每個組中有8個寄存器(R0–R7)、16位可尋址寄存器和80個通用寄存器。RAM的較高128字節(即80H到FFH)由SFR或特殊功能寄存器組成。使用SFR可以控制不同的外圍設備，如計時器、串行端口、所有輸入/輸出端口等。

32個I/O引腳(輸入/輸出引腳)——排列為4個端口：P0、P1、P2和P3。

8位堆棧指針 (SP) 和處理器狀態字 (PSW)。

16位程序計數器 (PC) 和數據指針 (DPTR)。

兩個16位定時器/計數器——T0和T1。

控制寄存器——SCON、PCON、TCON、TMOD、IP和IE。

全雙工操作的串行數據發送器和接收器 - SBUF。

中斷：兩個外部和三個內部。

振蕩器和時鐘電路。

總結

以上就是關于8051微控制器架構的簡要說明，相對來說還是比較好理解的。

眾所周知，8051微控制器奠定了嵌入式應用的單片微型計算機的經典體系結構，也為后來微控制器的研究發展提供強有力支撐;而了解8051微控制器架構和特性，可以更好的學習現代微控制器技術原理。