单片机系统中，存放程序的存储器称为程序存储器，类似与通用计算机系统中的ROM，只能进行读操作，存放数据的存储器称为数据存储器，相当于通用计算机系统中的RAM。与通用计算机系统不同，单片机系统中的程序存储器和数据存储器都有各自的读信号（PSEN 、/RD ），换言之，单片机系统的存储器可以分成两个物理存储器，即程序存储器和数据存储器，它们的范围都是64KB 。

1 程序存储器

程序存储器主要用于存放单片机系统的执行程序和常数表格。AT89S51单片机内部有4KB 的flash，当程序小于4KB时，内部的Flash可用作程序存储器；当程序大于4KB时，就需要外扩程序存储器，{zd0}可达64KB。 AT89S51单片机有一个/EA引脚，当使用外扩的程序存储器时，要求/EA为低电平。程序存储器大致可分成三个区域如图2.2所示：{dy}块为开始的3个字节（0000~0002H），一般存放一条2字节（SJMP）或3字节（LJMP）的调转指令，单片机复位时，PC=0000H，即单片机总是从程序存储器中的0000H开始执行程序的；第二块是中断矢量区，地址为0003~002AH，每个中断矢量占8个字节，五个中断服务程序入口地址共占40字节。第三块是主程序区，地址从002BH开始直到0FFFFH，存放程序或常数表格。当单片机系统不使用中断时，主程序也可以从0000H开始存放，程序存储器通过MOVC指令访问。

2 数据存储器

     数据存储器在物理上可分为两种，即内部数据存储器和外部数据存储器。内部数据存储器位于单片机内部，AT89S51单片机内部共有128字节的存贮单元（RAM），用MOV指令访问；而外部数据存储器是单片机系统外部扩展的存储器，可以有多达64KB的存贮单元，访问外部数据存储器时，用MOVX指令。另外，AT89S51单片机内部还有一组专用功能寄存器（SFR，Special Function Registers）离散地分布在80H~0FFH之间。数据存储器分布如图2.3所示：

    （ 1 ） 内部128字节数据存储器
     内部数据存储器共128字节（00H~7FH），在物理上又可以分为3个不同的区域，如图2.4所示。
           1 ）工作寄存器区。地址00H ～ 1FH为“工作寄存器区”分成四组，每组8个单元，从低地址到高地址分别被称作R0、R1、…、R7，工作寄存器的地址如表2.1所示：

     工作寄存器区一般是通过Ri进行存取，任何时候都是只能使用其中的一组工作寄存器，其余的组待用，可通过改变程序状态字（PSW）中的RS1、RS0位来切换工作寄存器组。如果不用Ri存取工作寄存器区，在任何时候都可以直接通过地址存取00H~1FH中的任何单元。
         2 ）位寻址区。20H~2FH的16个单元称为“位寻址区”，一般的RAM单元，存取的单位为字节，即只能对字节进行读写，而位寻址区中，单片机可以直接对位进行操作。位寻址区既可作为普通的RAM区用，也可以作为位寻址空间。位寻址区的16个字节构成128个位空间，具体的位地址分配如表 2.2 所示：

3 ） RAM区。30H ～7FH共80个字节称为RAM区，RAM区一般作为普通的数据缓冲区和堆栈区使用。      （ 2 ）专用功能寄存器区。专用功能寄存器(SFR)也称为特殊功能寄存器，主要用于控制、管理单片机内部各种部件如算术逻辑部件、I／O口、串行口（UART）、定时／计数器、中断系统等功能模块的工作，用户通过编程专用功能寄存器设定对应模块的工作方式。各专用功能寄存器名称、符号、地址以及复位值如表 2.3 所示：      AT89S51单片机共有22个专用功能寄存器，各专用功能寄存器和RAM统一编址，离散地分布在80H ～0FFH之间，访问这些专用寄存器仅允许使用直接寻址方式，对 80H ～ FFH 之间未定义的单元进行读操作时，将得到一个随机数，写操作无任何意义。专用功能寄存器中，如果字节地址末位是0或8 ，则该寄存器还可进行位寻址。 AT89S51单片机共有256个可寻址的位，前128个（位地址00H ～7FH）位于字节地址20H~2FH中，如表2.2所示，后128个（位地址80H~8FH）位于SFR中，如表2.4 所示：      1 ）累加器ACC和B寄存器在2.2节已经介绍过，这里不再赘述。      2 ）程序状态字寄存器（PSW）。PSW是8位寄存器，用于反映操作或运算结果的状态，字节地址为0D0H，是一个可进行位寻址的寄存器，各位具体定义如表2.5所示：        • P ：奇偶标志（Parity flag）。如果ACC中有奇数个1，则P为l，否则P为0 。      • OV ：溢出标志（Overflow flag）。有符号数运算时，如果发生溢出，则OV被置l，否则清0。对于有符号数，如果用{zg}位表示符号，则一个字节能表示的数的范围为-128 ～ +127 。如果运算结果超出了这个数值范围，就会发生溢出，此时，OV被置l；在乘法运算中，如果乘积超过255，则OV被置l；在除法运算中，除数为0时，OV被置l。      • RS1 、RS0 ：工作寄存器组选择位（Register bank Select control bits），当前工作寄存器组的选择如表2.6 所示。

用户可以用软件改变RS1和RS0的值以切换当前选用的工作寄存器组。单片机在复位时， RS1、RS0均为0，故复位启动后，当前工作寄存器的缺省选择为第0组。
     • F0 ：用户标志。由用户置位或复位。PSW.1为保留位（Reserved）。
     • AC ：辅助进位标志（Auxiliary Carry flag）。AC主要用于BCD码运算，当进行加法(或减法)运算时，如果低半字节（D3）向高半字节（D4）有进位(或借位)，则AC置1，否则清0。
     • C ：进位标志（Carry flag）。在进行加法(或减法)运算时，如果操作结果的{zg}位（D7）有进位，则C置1，否则清0。在进行位操作时，C作为操作位累加器。
     3 ）堆栈指针寄存器（SP，Stack Pointer register）。堆栈指针寄存器是一个8位专用功能寄存器，主要用于指示堆栈顶部在RAM中的位置。堆栈是向上生成的，即当执行PUSH或ALL指令时，SP的值就会增加。系统复位后，SP被初始化为07H，堆栈实际上是从08H单元开始的，考虑到08H~1FH为工作寄存器区，20H ～ 2FH为位寻址区，程序可能会用到这些区域，所以，程序初始时{zh0}把SP初值设为2FH以后的位置如60H单元。在使用堆栈时要注意，堆栈一般设置在RAM的顶部，由于堆栈减少了内部RAM的可利用单元，不能设得太低，但也不能设得太高，如果在压栈过程中，SP超过07FH（对于AT89S51单片机），就会引起程序运行出错，这是单片机初学者常犯的错误之一。
     4 ）数据指针（Data Pointer）。 AT89S51单片机有两个数据指针寄存器，即DPTR0、DPTR1，它们都是16位寄存器，主要用于访问外部64KB数据存储器时存放地址。它们也可以分别作为两个8位的寄存器DPLx和DPHx（x=0,1）使用。
     5 ） P0、P1、P2和P3。P0、P1、P2、P3分别为单片机P0 ～ P3口的锁存器。
     6 ）串行数据缓冲寄存器（SBUF ，Serial Data Buffer register）。SBUF 实际上是两个独立的寄存器，即发送数据缓冲寄存器和接收数据缓冲寄存器，两个寄存器共用一个地址（SBUF），当发送数据时，数据被送往发送数据缓冲寄存器；当接收数据时，接收到的数据被送往接收数据缓冲寄存器。
     7 ） TH0 、TL0 、TH1 和 TL1。单片机有2个16位的定时/计数器，即T0和T1，TH0、TL0 和TH1、TL1分别为T0和T1计数寄存器的高8位和低8位。
     8 ） IP、IE、TMOD、TCON、SCON和PCON。这些SFR包含了单片机的中断系统、定时/计数器以及串行口等部件的工作方式和状态位，详解见第四章。
     9 ）辅助寄存器AUXR（Auxiliary Register）。AUXR的地址为08EH，各位功能如表2.7 所示：  
     • DISALE ：禁止或允许（Disable/Enable）ALE信号。为1时，仅当执行MOVX和MOXC 指令时，ALE才xx（出现）；为0时，ALE信号始终以振荡器1/6的频率出现在单片机的ALE引脚上。
     • DISRTO ：禁止或允许WDT溢出时的复位输出（Disable/Enable Reset-out）。为1时，单片机的复位引脚仅用于输入；为0时，在WDT溢出后，单片机的复位引脚输出一个高电平脉冲。
     • WDIDLE ：在空闲模式下禁止或允许WDT的计数器计数。为1时，空闲模式时WDT的计数停止计数；为0时，空闲模式时WDT的计数器继续计数。
     • “—”保留位，用于扩展。
     系统复位后，AUXR的值为：xxx00xx0，即复位后，单片机系统缺省的状态是：ALE信号始终出现在单片机的ALE引脚；WDT溢出后，单片机的复位引脚输出一个宽度为98个机器周期的高电平脉冲；空闲模式时WDT的计数器继续计数。
     10 ）辅助寄存器AUXR1（Auxiliary Register 1）。AUXR1的地址为0A2H ，各位功能如表2.8所示：

• DPS ：数据指针寄存器选择（Data Pointer Register Select）。为 1 时，选择    DP1L和DP1H为当前DPTR；为 0 时，选择DP0L和DP0H为当前DPTR ；
• “—”保留位，用于扩展。
    系统复位后，DPS为0，即选择DP0L和DP0H为当前DPTR。
    11 ） WDTRST ：看门狗定时器复位（Watchdog Timer Reset）专用功能寄存器。
单片机系统在正常工作时，CPU常会受到各种干扰，使程序陷入死循环或跑飞状态，看门狗定时器（WDT ，Watchdog Timer）是一种能使程序自动恢复到正常的运行状态的有效方法。 AT89S51 单片机内部包含了一个WDT，它包含了一个14位的计数器和一个看门狗定时器复位（WDTRST）SFR ，WDTRST的地址为0A6H 。当WDT使能后，只要振荡器在工作，每个机器周期都会使WDT计数器的值加1 。 WDT的工作原理如下：
正常情况下，程序周期性地在WDT计数器的值到达3FFFH之前对其进行清0，如果CPU受到干扰使程序进入非正常运行状态，这种清零操作将不再被执行，当WDT的计数器的值到达 3FFFH时，便产生溢出，引起单片机复位，在单片机的RST引脚上输出一宽度为98个振荡周期的正脉冲，同时，置PC的值为0000H ，程序从头开始重新执行，恢复到正常的运行状态。
单片机上电复位后，WDT的缺省状态是禁止，为了使能WDT ，用户必须按顺序依次向 WDTRST写入1EH 和 0E1H两字节数据。WDT 一旦使能，将无法通过软件禁止，用户必须在最长 16383个机器周期时间内对WDT的计数器清0 ，计数器清0操作同使能WDT一样，也是按顺序依次向WDTRST写入1EH 和 0E1H 两字节数据，换言之，每次按顺序依次向WDTRST写入1EH和0E1H 两字节数据后，WDT计数器都从0重新开始计数。WDTRST是一个只写寄存器，而WDT的计数器既不能读，也不能写。
当单片机工作在掉电模式（Power-down mode）时，振荡器停止，这时WDT的计数器也停止计数，用户程序可以不再对其进行清0操作。硬件复位和低电平触发的外部中断都可以使单片机退出掉电模式。如果是硬件复位退出掉电模式，以后对WDT操作和正常系统复位时的操作xx相同；如果是低电平中断引起退出掉电模式，则要求引起中断的低电平信号要有足够的宽度，以保证振荡器在低电平期间能进入稳定的工作状态。为了避免在中断信号为低电平期间，WDT引起复位，WDT计数器在中断信号变成高电平后才开始计数。一般情况下，进入中断服务程序时，要对WDT的计数器清0。为了避免在刚退出掉电模式的几个机器周期内产生复位，{zh0}在进入掉电模式前，先对WDT的计数器执行一次清0操作。
SFR AUXR中的WDIDLE位决定了空闲（IDLE mode）模式时WDT的计数器是否继续计数，若 WDIDLE为0（缺省值），则在空闲模式时，WDT的计数器会继续计数，为了避免在空闲模式时， WDT引起AT89S51单片机复位，用户程序总是设置一个定时器，周期性地退出空闲模式，对 WDT的计数器清0 ，然后，再进入空闲模式。当WDIDLE为1时，在空闲模式，WDT的计数器停止计数，退出空闲模式时，WDT的计数器恢复计数。
（ 3 ）外部数据存储器。当内部RAM不够用，就需要扩展外部数据存储器，原则{zd0}可扩展64KB。按照访问方式的不同，外部数据存储器也可分成二块，{zd1}的256字节（0000H~00FFH）既通过DPTR寻址，也可能通过R0和R1间接寻址，而0100H~0FFFFH只能通过DPTR 间接寻址。
实际使用中，可以通过分页技术使外部数据存储器的容量远远超过64KB；另一种方法是使用非并行接口的存储器芯片，如使用I²C接口的存储器芯片或SPI接口的存储器芯片，可使数据存储器的容量扩至数百兆。单片机的外部数据存储器和端口是统一编址的，也就是说，如果某一个单元作了端口，就不能再作为存储器单元，反之，如果某一个单元作为存储器单元，就不能再作为端口。