我们可以说程序存储器的里面存放的是单片机的灵魂，它就是工作程序。小的可能只有1KB(最多只能装1024条8位数据，因为实际指令还有许多2字节、3字节指令，所以它还装不下1024条指令)大的也有128KB的。这些8位数据要么在工厂里做摸子光刻进去，要么一次性的烧写进去，要么……用编程器这个特殊工具把调试成功的机器码装载进去，或者像AVR单片机那样自己花几块钱做一条下载线，把电脑里这些东西灌进去(或许是AVR最吸引人之处)，它一旦进驻电脑的程序存储器中，除了借助上述装置便不能自由改写，在单片机运行时，只是从其中读出指令或固定的数据，所以给程序存储器一个“只读存储器”的别名，简写为ROM，包括用编程器写紫外线擦除内容的EPROM.用电擦除的EEPROM和现在新兴的FLASH ROM；一次性写入的ROM仅用于电路和程序固定的批量产品中，实际工作起来，都是一样的。
在实际的使用中，单片机运行时为了定位ROM中的数据，其实每个8位存储单元都有一个固定的“地址”，通常用16进数表示：例如对于一个所谓4K的 ROM，地址从0000H到0FFFH，(即是从0000，0001…4095)，单片机运行时从哪个地址取数据，完全由程序本身决定，并不要我们干预。记住，给单片机一通电，它经过一个短暂的复位过程，立即转向ROM的最低地址0000H，在这里面放置的往往是一条“跳转”指令，它从这里一步跳到另一个地址：程序的真正起始地址，例如51机的0080H.难道ROM中就只有指令不能来点别的？ROM是程序存储器，除了指令外还包括运行程序必须的某些固定数据。假如，我们要求在单片机的某口上输出00H到FFH(255)按正弦半波变化的数值，每秒10000次，那如果硬要它按照公式一个个计算，对于它来说未免力不从心，可是我们可以把预先计算好的数值存入ROM中，到时候直接取出。
提到数据存储器，它其实是个可以随时存取数据的一块存储器，也就是可以读(取)也可以写(存)的存储器，简称RAM.现在的单片机里面使用的RAM属于静态RAM或SRAM，这个和电脑用的内存条有所不同，只要你把数据写入SRAM后，只要不断电，或者不清除掉，这个数据就一直保存在那里，电脑是用的动态RAM，要不断给它加刷新脉冲才能保存数据。因为单片机处理的信息量比电脑小很多，所以它带的RAM也比较少：从完全不带、带128、 256、……1K、2K到4K，比ROM少多了。因为实际上RAM只是作为数据临时存放的地方，除非进行图像处理需要存放大量的数据外，一般对于执行较简单任务的单片机，有这么多也够用，如果实在不够用也只能采取外加SRAM如6116、6264等等来扩展。为了对RAM单元存取8位二进数，当然也的和 ROM一样用“地址”来标示它的具体位置假如某单片机有1K(1024)RAM，它的地址也是从0000到1024，或16进数的0000H到03FFH 可见和ROM的地址是一样的，不会混淆不清？不会，因为读ROM是由单片机的程序指针或转移指令或查表指令进行，而这些指令是不会进入RAM区的，读写 RAM是另外的数据传送指令，也不会进入ROM区，这点也是和电脑不同之处，后者程序和数据都在内存条里面，地址不同，如果窜位了就会造成不可预见后果。单片机的这种存储器结构也称为哈佛结构。
在这里本文中要说到的RAM，其在单片机里的用途主要是存放临时数据，例如用单片机测温，每秒测1次，显示1分钟的平均值(1分钟更新一次)；我们先通过传感器，放大电路，A/D转换，把温度这个模拟量转变为成比例的二进数，然后每秒钟1次把数字量通过输入口顺序存入到单片机的RAM中，然后对他们进行两两求和再平均的计算(题外话：要单片机进行“除法”运算比较麻烦，例外的是除以2，4，8……却非常简单。运用“右移”指令1、2、3次便可)最后的数值显示出来，然后把这60个存储单元统统写0清除旧数据，下次又如此这般地循环进行。另外在单片机里面还有若干寄存器，数量不多但是作用很大，除了暂存数据，还可以交换、加工、传递等等，以及随时纪录单片机当前处于什么状态，输入输出口，也是作为特殊功能的寄存器存在，具体各有不同，就不是随便说说可以搞清楚的，要看有关书籍了。