一、程序存储器空间
MCS-51单片机具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。
1、对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的使能端端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。
2、对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。
8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH，单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始执行程序。但在程序存储中有些特殊的单元，这在使用中应加以注意：
其中一组特殊是0000H—0002H单元，系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。
另一组特殊单元是0003H—002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：
0003H—000AH 外部中断0中断地址区。
000BH—0012H 定时/计数器0中断地址区。
0013H—001AH 外部中断1中断地址区。
001BH—0022H 定时/计数器1中断地址区。
0023H—002AH 串行中断地址区。
可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的中断区去执行程序。因此以上地址单元不能用于存放程序的其他内容，只能存放中断服务程序。但是通常情况下，每段只有8个地址单元是不能存下完整的中断服务程序的，因而一般也在中断响应的地址区安放一条无条件转移指令，指向程序存储器的其它真正存放中断服务程序的空间去执行,这样中断响应后，CPU读到这条转移指令，便转向其他地方去继续执行中断服务程序。
二、数据存储器
数据存储器也称为随机存取数据存储器。MCS-51单片机的数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间，一个是内部数据存储区和一个外部数据存储区。
MCS-51内部RAM有128或256个字节的用户数据存储（不同的型号有分别），它们是用于存放执行的中间结果和过程数据的。MCS-51的数据存储器均可读写，部分单元还可以位寻址。
1、 8051内部RAM共有256个单元，这256个单元共分为两部分。其一是地址从00H—7FH单元（共128个字节）为用户数据RAM。从80H—FFH地址单元（也是128个字节）为特殊寄存器（SFR）单元。从图1中可清楚地看出它们的结构分布。
在00H—1FH共32个单元中被均匀地分为四块，每块包含八个8位寄存器，均以R0—R7来命名，我们常称这些寄存器为通用寄存器。这四块中的寄存器都称为R0—R7，那么在程序中怎么区分和使用它们呢？聪明的INTEL工程师们又安排了一个寄存器——程序状态字寄存器（PSW）来管理它们，CPU只要定义这个寄存的PSW的第3和第4位（RS0和RS1），即可选中这四组通用寄存器。对应的编码关系如图2所示。
内部RAM的20H—2FH单元为位寻址区，既可作为一般单元用字节寻址，也可对它们的位进行寻址。位寻址区共有16个字节，128个位，位地址为00H—7FH。位地址分配如表1所示，CPU能直接寻址这些位，执行例如置“1”、清“0”、求“反”、转移，传送和逻辑等操作。我们常称MCS-51具有布尔处理功能，布尔处理的存储空间指的就是这些为寻址区。
表1 RAM位寻址区地址表
单元地址 MSB 位地址 LSB
2FH 7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H
2EH 77H 76H 75H 74H 73H 72H 71H 70H
2DH 6FH 6EH 6DH 6CH 6BH 6AH 69H 68H
2CH 67H 66H 65H 64H 63H 62H 61H 60H
2BH 5FH 5EH 5DH 5CH 5BH 5AH 59H 58H
2AH 57H 56H 55H 54H 53H 52H 51H 50H
29H 4FH 4EH 4DH 4CH 4BH 4AH 49H 48H
28H 47H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H
27H 3FH 3EH 3DH 3CH 3BH 3AH 39H 38H
26H 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H
25H 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H
24H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H
23H 1FH 1EH 1DH 1CH 1BH 1AH 19H 18H
22H 17H 16H 15H 14H 13H 12H 11H 10H
21H 0FH 0EH 0DH 0CH 0BH 0AH 09H 08H
20H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H
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特殊功能寄存器
特殊功能寄存器（SFR）也称为专用寄存器，特殊功能寄存器反映了MCS-51单片机的运行状态。很多功能也通过特殊功能寄存器来定义和控制程序的执行。
MCS-51有21个特殊功能寄存器，它们被离散地分布在内部RAM的80H—FFH地址中，这些寄存的功能已作了专门的规定，用户不能修改其结构。表2是特殊功能寄存器分布一览表，我们对其主要的寄存器作一些简单的介绍。
程序计数器PC(program Counter)
程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存储器块中。PC是一个16位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。PC本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序按我们的要求去执行。
累加器ACC(Accumulator)
累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分单操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加器A或AB累加器对中。大部分的数据操作都会通过累加器A进行，它形象于一个交通要道，在程序比较复杂的运算中，累加器成了制约软件效率的“瓶颈”，它的功能较多，地位也十分重要。以至于后来发展的单片机，有的集成了多累加器结构，或者使用寄存器阵列来代替累加器，即赋予更多寄存器以累加器的功能，目的是解决累加器的“交通堵塞”问题。提高单片机的软件效率。
表2 特殊功能寄存器
标识符号 地址 寄存器名称
ACC 0E0H 累加器
B 0F0H B寄存器
PSW 0D0H 程序状态字
SP 81H 堆栈指针
DPTR 82H、83H 数据指针（16位）含DPL和DPH
IE 0A8H 中断允许控制寄存器
IP 0B8H 中断优先控制寄存器
P0 80H I/O口0寄存器
P1 90H I/O口1寄存器
P2 0A0H I/O口2寄存器
P3 0B0H I/O口3寄存器
PCON 87H 电源控制及波特率选择寄存器
SCON 98H 串行口控制寄存器
SBUF 99H 串行数据缓冲寄存器
TCON 88H 定时控制寄存器
TMOD 89H 定时器方式选择寄存器
TL0 8AH 定时器0低8位
TH0 8CH 定时器0高8位
TL1 8BH 定时器1低8位
TH1 8DH 定时器1高8位