51单片机是如何存储程序和数据的？

在学校很少用到外扩ROM/RAM的情况，都是用C语言编程，不差空间，代码太大了，买个大ROM的芯片就行了。现在工作了，单位是做SoC的，采用了51的IP核，才算对51的代码/数据空间有了清晰的认识。

MCS-51使用哈弗结构，它的程序空间和数据空间是分开编址的，即各自有各自的地址空间，互不重叠。所以即使地址一样，但因为分开编址，所以依然要说哪一个空间内的某地址。而ARM(甚至是x86)这种冯诺依曼结构的MCU/CPU，它的地址空间是统一并且连续的，代码存储器/RAM/CPU寄存器，甚至PC机的显存，都是统一编址的，只是不同功能的存储器占据不同的地址块，各自为政。

好，说回MCS-51。

对于程序存储器，有片内和片外两部分。而且无论片内程序存储器，还是片外程序存储器，他们的地址是共享的。如果片内4k ROM的话，地址就是0x0000-0x0FFF，从0x1000-0xFFFF就是外部ROM的地址空间。可外部ROM的0x0000-0x0FFF的这一部分是否使用呢，这取决于单片机EA引脚的电平值。EA=1时就是使用内部ROM的这一部分，外部ROM的这一部分浪费不用;EA=0时就是使用外部ROM的这一部分，内部ROM浪费不用。从CODE段读取数据要使用汇编的MOVC指令，单片机会根据MOVC指令、EA状态、要读取的地址值，来自动地判断从什么存储器里取数据。

对于数据存储器，则分为内部数据存储器(IDATA/RAM)和外部数据存储器(XDATA)两个部分，但这两个存储器就不像code存储器那样共享地址空间的了。一般的8051芯片，内部RAM只有128B，从0x00-0x7F，而从0x80-0xFF则是SFR(CPU工作寄存器和各种外设寄存器都在此)的区域。对于8052来说，内部RAM有256B，所以0x80-0xFF是高128B的RAM在使用。可这部分不是SFR专用的吗?是SFR专用，但注意，SFR的访问只能使用“直接寻址方式”(使用特定的汇编指令来实现)，区别就在这里。只有通过直接寻址访问的地址才是SFR，否则就是普通的RAM。至于外扩的RAM(XDATA)，地址也是从0x0000-0xFFFF的，而且这里的0x0000和内部RAM的0x00是不同的，是完全独立的两个空间。他们的访问方法也是不同的。MCS-51使用MOVX指令，来读写XDATA区。而且，访问XDATA区，是需要DPTR寄存器来辅助的。因为只有DPTR才能装得下十六位的XDATA地址。

所以说，MCS-51读写IDATA区的速度是最快的，而且访问方法也是最多的。访问XDATA区的速度相对就要慢很多。MCS-51的堆栈要优先开辟在IDATA区中，并且在IDATA区中开辟的堆栈，可以使用栈指针寄存器SP来控制。如果栈实在太大，只能开辟在XDATA区中，那么CPU的SP寄存器就很难借力，只能由我们自己来构造堆栈结构和堆栈指针。既然外部程序空间和数据空间都是0-64K(0x0000-0xFFFF)，那么我实际上可以为了省事/方便改写程序等原因，外部的CODE和DATA就可以共用一个可擦写存储器了(比如各种RAM什么可擦可写的)。比如系统有64K的外扩MEMORY，低32K我用作保存CODE，并让单片机在这32K之中读取程序运行，高32K我作为用户数据的保存处，完全可以。只是此时本来完全独立的CODE和DATA空间，因为在硬件芯片上共用了一个MEMORY，所以他们之间就可能互相影响了，程序就能自己改写程序了。比如0x0020处是一个指令，我通过MOVX把0x0020处改写了，那么再利用MOVC把0x0020处读取出来，数据就和原来不一样了。

容易混淆的症结在于，单片机存储空间是一个逻辑上的概念，是人为划分出来的两个相互独立的空间。而硬件电路上的MEMORY芯片则是现实中的概念，单片机的存储空间最终会落实在电路层面的芯片上，所以逻辑上的存储空间会因为物理上的电路连接而发生重叠。但是在逻辑层面上，这两个空间还是完全独立的。

附：各类存储空间名称的定义：

data:固定指前面0x00-0x7f的128个RAM,可以用a寄存器直接读写的,速度最快,生成的代码也最小。

idata:固定指前面0x00-0xff的256个RAM,其中前128和data的128完全相同,只是因为访问的方式不同。idata是用类似C中的指针方式访问的。汇编中的语句为：mov ACC,@Rx.(不重要的补充：c中idata做指针式的访问效果很好)xdata:外部扩展RAM,一般指外部0x0000-0xffff空间,用DPTR访问。pdata:外部扩展RAM的低256个字节,地址出现在A0-A7的上时读写,用movx ACC,@Rx读写。这个比较特殊,而且C51好象有对此BUG, 建议少用。但也有他的优点,具体用法属于中级问题,我不太会，所以这里不提。

扩展阅读：MCS51单片机专用功能寄存器