MCS-51单片机存储器结构的特点之一是将程序存储器和数据存储器分开（称为“哈佛结构”），并用各自的指令对这两个不同的存储器空间进行访问。对存储器的划分在物理上分为4个空间，片内ROM、片外ROM、片内RAM和片外RAM，其结构示意图如图4-3所示。

其中，ROM存储器地址空间有片内ROM和片外ROM，其地址范围为0000H～FFFFH，片内RAM地址空间的地址范围为OOH～FFH，片外RAM地址空间的地址范围为0000H～FFFFH。

4.2.3.1　程序存储器ROM

程序设计人员编写的程序就存放在程序存储器中。

单片机重新启动后，程序计数器PC的内容为0000H，所以系统将从程序存储器地址为0000H的单元处开始执行程序。但是考虑到中断系统的应用，用户程序一般不是从0000H处开始连续存放，因为接下来的一段程序区要用来存放中断向量表，所以用户不能占用。要求地址分配如下：

0000H　存放转移指令，跳转到主程序。

0003H　外部中断0的中断地址区。

000BH　定时/计数器0中断地址区。

0013H　外部中断1的中断地址区。

001BH　定时/计数器1中断地址区。

0023H　串行通信中断地址区。

图4-3　单片机存储器结构图

用户程序一般从0030H处开始，而在0000H处放置一条跳转指令，这样单片机复位后能从0000H处跳转到用户的主程序。

另外，当单片机的引脚接地时，程序存储器全部使用片外的ROM，单片机的引脚接高电平时，CPU先从内部的程序存储器中读取程序，当程序计数器PC值超过内部ROM的容量时，才转向外部的程序存储器读取程序。

4.2.3.2　片内RAM

MCS-51的片内RAM存储器共有128字节，可分为4个区域，具体为工作寄存器区、位寻址区、用户区、特殊功能寄存器区。

（1）工作寄存器区。

从00H～1FH为4组工作寄存器区，每组占用8个RAM字节，记为R0～R7。工作寄存器组的选择由程序状态字PSW中的RS1～RSO位确定。

（2）位寻址区。

从20H～2FH为位寻址区，16个字节的128位可以单独操作，可对每一位进行读取或写操作。每一位都有其自身位地址00H～7FH与之对应。位单元与其地址对应关系参见表4-6。

（3）用户区。

用户区共80个RAM单元，用于存放用户数据或作为堆栈区。用户区中的存储区按字节进行存取。

表4-6　位单元与其地址对应关系

（4）特殊功能寄存器。(www.daowen.com)

MCS-51有21个特殊功能寄存器SFR（Special Function Register），每个RAM地址占用一个RAM单元，离散地分布在80H～FFH地址中。这些寄存的功能已做了专门的规定，用户不能修改其结构。表4-7是特殊功能寄存器分布一览表。

1）ALU相关SFR。

①累加器A（Accumulator）。累加器A是最常用的寄存器，专门用来存放操作数或运算结果，大部分的数据操作都要通过累加器A进行。

②通用寄存器B。通用寄存器B是专门为乘法和除法设置的寄存器，为8位二进制寄存器。

③程序状态字PSW。该寄存器中保存了程序的运行状态。

2）指针相关SFR。

①SP（Stack Pointer）。SP为程序的堆栈指针，指向栈顶元素，在操作堆栈时需要用到。

②数据指针DPTR。数据指针DPTR是一个16位寄存器，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。

3）中断相关SFR。

IE（Interrupt Enable）中断允许位寄存器：用来设置全局、定时器、串行口以及外部中断。

IP（Interrupt Priority）中断优先级寄存器：用来设置各种中断的优先级，各中断源可以设置为高优先级或低优先级。

4）端口相关SFR。

P0、P1、P2、P3：可以通过端口寄存器对端口进行读或写操作。

PCON（电源控制及波特率选择寄存器）：用来设置电源工作方式以及串行通信口中的比特率。

SCON（串口控制寄存器）：用来控制串口工作模式、数据格式、发送及接收中断标志等。

SBUF（串行数据缓冲寄存器）：是为接收或发送数据而设置的，为8位二进制寄存器，通过移位操作进行数据的接收或发送。

5）定时/计数器相关SFR。

TCON（定时/计数器控制寄存器）：用来设置中断请求方式、定时模式。设置定时/计数器的启动停止等。

TMOD（定时/计数器工作方式寄存器）：定时/计数器有4种工作模式，通过设置TMOD来决定工作方式。

TL0、TH0、TL1、TH1在设置定时器初值时要用到TL和TH，TL为数据低8位，TH为数据高8位，也可以直接访问16位寄存器T0或T1。

另外，对于特殊功能寄存器SFR，当其末位地址为0或8时可以进行位寻址。比如P1的地址为90H，可以进行位寻址，而SP的地址为81H，不能进行位寻址。

表4-7　特殊功能寄存器一览表

4.2.3.3　片外RAM

如果片内RAM容量太小，不能满足系统需求，则可以外接RAM，但外部RAM大小不能超过64 KB，因为8051的寻址范围为64 KB。