MCS-51单片机的片内结构如图2-1所示。如果按功能划分，它由9个部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统、内部时钟电路和特殊功能寄存器（SFR）。从基本结构图上看，它们都是通过片内单一总线连接而成，很类似一般微机的总线结构，采用CPU加上外围芯片的传统结构模式，区别在于单片机CPU的总线在LSI内部，其他部件挂在这总线上，并且都集成在一块LSI芯片内。MCS-51单片机对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式。图2-1中的程序存储器部件如为ROM，则为8051单片机；如为EPROM，则为8751单片机；如无程序存储器，则为8031单片机。

图2-1　MCS-51单片机片内结构

下面对各个功能部件作进一步的说明：

1）数据存储器（RAM）。片内为128B（单元），片外最多可外扩至64KB。

2）程序存储器（ROM/EPROM）。8031无此部件；8051为4KB ROM；8751则为4KB EPROM。片外最多可外扩至64KB。

3）中断系统。具有5个中断源，2级中断优先权。

4）定时器/计数器。2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。(www.daowen.com)

5）串行接口：1个全双工的串行口，具有4种工作方式。

6）P0口、P1口、P2口、P3口：为4个并行8位I/O口。

7）特殊功能寄存器（SFR）：共21个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区。

8）内部时钟电路：产生内部时钟，但晶体和微调电容需要外接，最高允许的振荡频率为12MHz。

9）微处理器（CPU）：8位的CPU，且内含一个1位的CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。

由上可见，MCS-51单片机的硬件结构具有功能部件种类全、功能强等特点。特别值得一提的MCS-51 CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个1位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相成，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51在设计上的精美之处。