8051的中央处理器（CPU）主要由算术逻辑单元、控制器部件和寄存器3部分电路组成。CPU是整个单片机的核心部件，实现了运算器和控制器的功能，具体介绍如下所述。

4.2.2.1　算术逻辑单元

8051的算术逻辑运算单元（ALU）由一个加法器、两个8位暂存器（TMP1和TMP2）和布尔处理器组成。ALU是8051的处理核心，程序通过累加器A、寄存器B和寄存器组R0～R7等控制ALU以完成各种算术和逻辑运算，同时可以用乘法和除法指令来增强运算能力。

4.2.2.2　定时控制部件

定时控制部件起到控制器的作用，由定时控制逻辑、指令寄存器和振荡器等电路组成。单片机的工作过程就是执行用户编写程序的过程，而控制单元可以完成此项重任。指令寄存器（IR，Instruction Register）用于存放从程序存储器中取出的指令码，定时控制逻辑用于对指令寄存器中的指令进行译码，并在晶体振荡器的配合下产生执行指令所需的时序脉冲，从而完成指令的执行过程。

4.2.2.3　专用寄存器组

专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等，包括程序计数器（PC）、累加器A、程序状态字（PSW，Program Status Word）寄存器、堆栈指示器SP寄存器、数据指针DPTR和通用寄存器B。

（1）程序计数器

程序计数器是一个16位二进制的程序地址寄存器，用来存放下一条要执行指令的地址，指令执行完后可以自动加1，以便指向下一条要执行的指令，可以说CPU就是靠PC指针来实现程序的执行。

（2）累加器A。

累加器A是一个8位二进制寄存器，用来存放操作数和运算结果。在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常放在累加器A中，运算完成后便把结果存放在累加器A中，可以说累加器A是使用最频繁的寄存器。

（3）程序状态字。

PSW是一个8位二进制寄存器，用来存放指令执行后的有关CPU状态，通常由CPU来填写，但是用户也可以改变各种状态位的值。标志位的定义参见表4-4。

表4-4　PSW标志位的定义

1）进位标志位Cy（Carry）。用于表示加法运算中的进位和减法中的借位。加法运算中有进位或减法运算中有借位，则Cy位置1，否则为0。

2）辅助进位AC（Auxiliary Carry）。用于表示加法运算时低4位有没有向高4位进位和减法运算中低4位有没有向高4位借位。若有进位或借位则AC位置1，否则该位为0。

3）用户标志位F0（Flag zero）。该位是由用户根据程序执行的需要自行设定的标志位，用户可以通过设置该位来决定程序的流向。

4）寄存器选择位RS1和RS0（Register Select）。8051单片机有4个寄存器组，每组有8个8位工作寄存器R0～R7，它在RAM中的实际物理地址可以根据需要来选择确定使用哪个寄存器组，参见表4-5。(www.daowen.com)

表4-5　RS1、RS0选择工作寄存器组

5）溢出标志位OV（Over flow）。表示运算过程中是否发生了溢出。若执行结果超过了8位二进制数所能表示数据的范围（即有符号数-128～+127），则OV标志位置1。

对于无符号数（也就是都是正数），如果加法出现了进位、减法出现了借位，则表示该次运算结果发生了溢出。对于有符号数，如果正数减负数的结果出现了负数、负数减正数的结果出现了正数，则表示该次运算结果同样发生了溢出。

无符号数与有符号数判断溢出的方法不一样，对于有符号数需要通过OV溢出标志位来判断，而无符号数要用进位表示位Cy来判断。

6）PSW.1位。PSW.1位没有定义，系统没有使用，用户可以根据自己的需要来决定是否使用该标志位。

7）奇偶标志位P（Parity）。奇偶标志位P用于指示运算结果中1的个数的奇偶性。若P=1，则累加器A中1的个数为奇数；若P=0，则累加器A中1的个数为偶数。

（4）堆栈指针SP。

堆栈是一种数据结构，堆栈指针SP（Stack Pointer）是一个8位寄存器，指示了栈顶在内部RAM中的位置。数据写人堆栈称为入栈（PUSH），从堆栈中取出数据称为出栈（POP）。

堆栈是为了中断操作和子程序的调用而设立的，用于保存现场数据，即常说的断点保护和现场保护。单片机无论是转入子程序或中断服务程序的执行，执行完后还是要返回到主程序。在转入子程序和中断服务程序前，必须先将现场的数据保存起来，否则返回时CPU根本不知道原来的程序执行到哪一步、应该从何处开始执行。

MCS-51的堆栈是在RAM中开辟的，即堆栈要占据一定的RAM存储单元。同时MCS-51的堆栈可以由用户设置，SP的初始值不同，堆栈的位置也不同。

堆栈的操作有两种方法：

1）自动方式。在响应中断服务程序或调用子程序时，返回地址自动入栈。当需要返回执行程序时，返回的地址自动交给程序计数器PC，以保证程序返回断点处继续执行。这种方式不需要编程人员干预。

2）手动方式。使用专用的堆栈操作指令进行入栈和出栈操作只有两条指令：入栈使用PUSH指令，用于在中断服务程序或子程序调用时保护现场；出栈使用POP指令，用于子程序完成时为主程序恢复现场。

（5）数据指针DPTR。

数据指针DPTR（Data Pointer）是一个16位的寄存器，由两个8位寄存器DPH和DPL组成，其中DPH为高8位，DPL为低8位。

数据指针DPTR可以用来存放片内ROM、片外RAM和片外ROM的存储区地址，用户通过该指针实现对不同存储区的访问。

（6）通用寄存器B。

通用寄存器B是专门为乘法和除法而设置的寄存器，是一个二进制8位寄存器。在乘法或除法运算之前用来存放乘数或除数，在运算之后用来存放乘积的高8位或除法的余数。