MCS-51 系列单片机的具体型号很多， 如 Intel 公司生产的 8031、 8051、 8751、8032、 8052 和Atmel公司生产的AT89C51、 AT89S51等都属于MCS-51系列单片机。 MCS-51系列单片机的内部组成基本相同， 具体如图2-1所示。
1.CPU（中央处理器） 是单片机的核心部件， 决定了单片机的主要功能和特性。 工作时， CPU从ROM中调取程序并进行运算， 然后发出控制信号通过总线送到I/O接口， 再由I/O接口将控制信号送到外围的输出电路。
2.时钟振荡器的功能是产生时钟信号送给单片机内部各电路， 并且控制这些电路， 使它们有节拍地工作。 时钟信号频率越高， 内部电路工作速度越快。
3.当CPU执行正常的程序时， 如果在INT0或INT1端给中断控制器送入一个中断请求信号（一般为低电平信号） ， 中断控制器马上让CPU停止正在执行的程序， 转而去执行ROM中特定的某段程序， 执行完该段程序后再继续执行先前中断的程序。MCS-51系列单片机中断控制器可以接受5个中断请求： 两个外部中断请求、 两个定时器/计数器中断请求和串行通信口中断请求。
4.ROM（只读存储器， 又称程序存储器） 是一种具有存储功能的电路， 断电后其中的信息不会消失。 ROM主要用来存储程序代码。 欲使单片机完成不同的控制功能， 可以将不同的程序写入到ROM中。工作时， CPU会自动从ROM中读取程序再进行运算， 然后通过I/O接口向外部电路输出相应的控制信号。 早期的ROM一般是单独的芯片， 没有集成在单片机内部（如8031单片机内部就没有ROM， 需要外接） ， 现在的单片机基本上都将ROM集成在内部。
5.RAM（随机存取存储器， 又称可读写存储器、 数据存储器） 也是一种存储电路。RAM的特点是： 可以存入信息（称作写） ， 也可以将信息取出（称作读） ， 断电后存储的信息会全部消失。 单片机的RAM主要用来存储一些临时数据。
6.定时器/计数器就像单片机的内部时钟或计数器， 可以根据需要将它设为定时器或计数器。 如果要求CPU在一段时间（如5ms） 后执行某段程序， 可让定时器/计数器工作在定时状态， 定时器/计数器开始计时， 当计到5ms后马上产生一个请求信号送到中断控制器，中断控制器则输出信号让CPU停止正在执行的程序， 转而去执行ROM中特定的某段程序。
如果定时器/计数器工作在计数状态， 可以从T0或T1端输入脉冲信号， 定时器/计数器开始对输入的脉冲进行计数， 当计数到某个数值时， 马上输出一个信号送到中断控制器，让中断控制器控制CPU去执行ROM中特定的某段程序。
7.串行通信口是单片机和外部设备进行串行通信的接口。 当单片机要将数据传送给外部设备时， 可以通过串行通信口将数据由TXD端输出； 外部设备送来的数据可以从RXD端输入， 通过串行通信口将数据送入单片机。
串行是指数据传递的一种方式， 串行传递数据时， 数据是一位一位进行传递的。
8.MCS-51系列单片机有4组I/O接口， 它们分别是P0、 P1、 P2和P3端口。 单片机通过这些端口与外部设备连接。 这4组端口都是复用端口， 既可作为输出端口， 也可以作为输入端口， 具体作为哪种端口由单片机内部的程序来决定。
当这些端口用作输入端口时， 可以外接键盘、 各种传感器和检测开关等输入部件； 如果用作输出端口， 可以接发光二极管、 继电器等输出部件。
单片机在工作时， 输入部件通过输入端口将输入信号送入内部， CPU根据输入信号来执行ROM中的相关程序， 然后从输出端口输出控制信号， 控制输出部件工作。
9.单片机内部用ROM来存储写入的程序， 但内部的ROM容量通常较小， 只能存储一些不复杂的程序， 如果遇到一些大型复杂的程序， 所占容量大， 单片机内部的 ROM将无法完全装下， 解决这个问题的方法就是使用外接存储器。 总线控制器主要用于控制外接存储器， 使它能像单片机内部的存储器一样使用。