单片机要正常运作，事先需编制程序，再把程序放入存贮器中，然后由CPU执行该程序。程序是由指令组成的，指令的基本组成是操作码和操作数。单片机的品种很多，设计时怎样表示操作码和操作数，都有各自的规定，再有指令代码也各不相同，因此，必须对所选单片机的全部指令，也就是所谓“指令系统”，有足够的了解。各个系列的单片机虽然有不同的指令系统，但也有其共同性。掌握一种单片机的指令系统，对其它系列单片机可以起到触类旁通的作用。MCS－51单片机应用广泛，派生品种多，具有代表性，所以，这里以MCS－51系列的指令系统为例说明“指令”的组成和应用。
1、MOVA，＃20H
这条指令表示把20H这个数送入累加器A中（一个特殊功能寄存器）。
2、ADDA，70H
这条指令表示把累加器A中的内容（在上例中送入的＃20H）和存贮器中地址为70H单元中的内容（也是一个数字），通过算术逻辑单元（英文缩写为ALU）相加，并将结果保留在A中。这里MOV、ADD等称为操作码，而A、＃20H、70H等均称为操作数。在汇编语言程序中，操作码通常由英文单词缩写而成，这样有助于记忆，所以又称助记符。如MOV就是英文单词MOVE的缩写，含有搬移的意思；而ADD即为英文单词，其意为相加。因此，对于略懂英语的用户，掌握单片机指令的含意是较为方便的。操作数有多种表示法，如以上的＃20H称为立即数，即20H就是真正的操作数。而70H是存贮器中某个单元的地址，在该单元中，放着操作数（比如说是3AH），ADDA，70H不是将70H和A中的内容相加，而是从存贮器70H单元中将3AH取出和A中的内容相加。由上可知，要找到实际操作数，有时就要转个弯，甚至转几个弯，这个过程称为寻址，MCS－51共有7种寻址方式，现介绍如下：
一、立即寻址：操作数就写在指令中，和操作码一起放在程序存贮器中。把“＃”号放在立即数前面，以表示该寻址方式为立即寻址，如＃20H。
二、寄存器寻址：操作数放在寄存器中，在指令中直接以寄存器的名字来表示操作数的地址。例如MOVA，R0就属于寄存器寻址，即将R0寄存器的内容送到累加器A中。
三、直接寻址：操作数放在单片机的内部RAM某单元中，在指令中直接写出该单元的地址。如前例的ADDA，70H中的70H。
四、寄存器间接寻址：操作数放在RAM某个单元中，该单元的地址又放在寄存器R0或R1中。
如果RAM的地址大于256，则该地址存放在16位寄存器DPTR（数据指针）中，此时在寄存器名前加@符号来表示这种间接寻址。如MOVA，@R0。其它还有变址寻址、相对寻址、位寻址等，待以后再详细介绍。可能有人会问，在指令中直接给出实际操作数，不是简单、明了吗？为什么还要用其它几种寻址方式呢？这是因为在编制程序时很难一下子就给出操作数。如用单片机控制温度时，时时需要将给定的控制温度（如20℃）减去环境温度，而环境温度时时有变化，显然无法在程序指令中给出，只有通过一定方式，将其送入某个输入/输出口，再存放在某个寄存器中，这就必须用到寄存器寻址。又如要进行算术运算，要计算每班学员各科成绩的平均值，如果把每个学员的各科都编一个程序，在程序中直接给出该学员各科成绩，再求平均值，显然太麻烦。这里可以编一个求平均成绩的通用程序，把每位学员的成绩送入存贮器的各个单元中，这时可采取直接寻址，一个程序可供每个学员用，不是更方便吗？所以，寻址方式越多，编制程序就越方便、灵活，适用范围就越广。寻址有如找人，如被找的人有手机、BP机、座机电话等多种联系方式则就容易找到他，单片机也是如此，寻址方式越多，找操作数越方便，单片机的功能就越强。前面介绍51系列单片机的寻址方式时，常遇到单片机内部的一些寄存器、累加器A、通用寄存器R0～R7、数据指针DPTR和存贮器等。在以后介绍指令时，数据就要在这些寄存器、存贮器之间传送，或者进行运算。因此，编制程序就需熟悉单片机的内部结构。
8051单片机的内部总体结构其基本特性如下：
8位CPU、片内振荡器
4k字节ROM、128字节RAM
21个特殊功能寄存器
32根I/O线
可寻址的64k字节外部数据、程序存贮空间
2个16位定时器、计数器
中断结构：具有二个优先级、五个中断源
一个全双口串行口
位寻址（即可寻找某位的内容）功能，适于按位进行逻辑运算的位处理器。除128字节RAM、4k字节ROM和中断、串行口及定时器模块外，还有4组I/O口P0～P3，余下的就是CPU的全部组成。把4kROM换为EPROM就是8751的结构，如去掉ROM/EPROM部分即为8031的框图，如果将ROM置换为Flash存贮器或EEPROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品种，如89C51、AT89C2051等单片机的框图。