下图是输入端A0、A1、A2为000，控制端S1=1、S1=0、S2=0的电平示意图（红色数字为端口电平），大家可按下图进行分析，也可以分析输出端另外七种组合时的输出情况 。
文章插图
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四、51单片机CPU结构分析
在前面的文章里我们已知道了单片机内部有一个8位的CPU，同时知道了CPU内部包含了运算器，控制器及若干寄存器 。在这节课，我们就与大家一起来讨论一下51单片机CPU的内部结构及工作原理 。
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从上图中我们可以看到，在虚线框内的就是CPU的内部结构了，8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、累加器A（8位）、寄存器B（8位）、程序状态字PSW（8位）、程序计数器PC（有时也称为指令指针，即IP，16位）、地址寄存器AR（16位）、数据寄存器DR（8位）、指令寄存器IR（8位）、指令译码器ID、控制器等部件组成 。
1、运算器（ALU）的主要功能
A）算术和逻辑运算，可对半字节（一个字节是8位，半个字节就是4位）和单字节数据进行操作 。
B）加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算 。
C）与、或、异或、求补、循环等逻辑运算 。
D）位处理功能（即布尔处理器） 。
由于ALU内部没有寄存器，参加运算的操作数，必须放在累加器A中 。累加器A也用于存放运算结果 。
例如：执行指令 ADD A，B
执行这条指令时，累加器A中的内容通过输入口In_1输入ALU，寄存器B通过内部数据总线经输入口In_2输入ALU，A+B的结果通过ALU的输出口Out、内部数据总线，送回到累加器A 。
2、程序计数器PC
PC的作用是用来存放将要执行的指令地址，共16位，可对64K ROM直接寻址，PC低8位经P0口输出，高8位经P2口输出 。也就是说，程序执行到什么地方，程序计数器PC就指到哪里，它始终是跟蹿着程序的执行 。我们知道，用户程序是存放在内部的ROM中的，我们要执行程序就要从ROM中一个个字节的读出来，然后到CPU中去执行，那么ROM具体执行到哪一条呢？这就需要我们的程序计数器PC来指示 。
程序计数器PC具有自动加1的功能，即从存储器中读出一个字节的指令码后，PC自动加1（指向下一个存储单元） 。
3、指令寄存器IR
指令寄存器的作用就是用来存放即将执行的指令代码 。
在这里我们先简单的了解下CPU执行指令的过程，首先由程序存储器（ROM）中读取指令代码送入到指令寄存器，经译码器译码后再由定时与控制电路发出相应的控制信号，从而完成指令的功能 。关于指令在单片机内部的执行过程，我们在后面将会在后面的文章里进行详细的讲解 。
4、指令译码器ID
用于对送入指令寄存器中的指令进行译码，所谓译码就是把指令转变成执行此指令所需要的电信号 。当指令送入译码器后，由译码器对该指令进行译码，根据译码器输出的信号，CPU控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，使单片机正确的执行程序所需要的各种操作 。
5、地址寄存器AR（16位）
AR的作用是用来存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息，指令码所在存储单元的地址编码，由程序计数器PC产生，而指令中操作数所在的存储单元地址码，由指令的操作数给定 。从上图中我们可以看到，地址寄存器AR通过地址总线AB与外部存储器相连 。
6、数据寄存器DR
用于存放写入外部存储器或I/O端口的数据信息 。可见，数据寄存器对输出数据具有锁存功能 。数据寄存器与外部数据总线DB直接相连 。
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