mcs-51單片機的典型芯片是8031、8051、8751。8051內部有4 kb rom，8751內部有4kb eprom，8031內部無rom；除此之外，三者的內部結構及引腳完全相同。因此，以8051為例，說明本系列單片機的內部組成及信號引腳。
1) 中央處理器（cpu）
中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制功能。mcs-51的cpu能處理8位二進制數(shù)或代碼。cpu由算術邏輯運算部件(alu)、寄存器、程序計數(shù)器、控制器、內部總線等組成。它采用大規(guī)模集成電路(lsi)和超大規(guī)模集成電路(vlsi)制作，具有體積小、功能強等特點。
2) 內部數(shù)據(jù)存儲器（內部ram）
8051芯片中共有256個ram單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內部ram。
3) 內部程序存儲器（內部rom）
8051共有4 kb掩膜rom，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內 部rom。
4) 定時/計數(shù)器
8051共有兩個16位的定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。
5) 并行i/o口
mcs-51共有4個8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。
6) 串行口
mcs-51單片機有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其它設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。
7) 中斷控制系統(tǒng)
mcs-51單片機的中斷功能較強，以滿足控制應用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷兩個，定時/計數(shù)中斷兩個，串行中斷一個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。
8) 時鐘電路
mcs-51芯片的內部有時鐘電路，但石英晶體和微調電容需外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘 脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 mhz和12 mhz。
從上述內容可以看出，mcs-51雖然是一個單片機芯片，但作為計算機應該具有的基本部件它 都包括，因此，實際上它已是一個簡單的微型計算機系統(tǒng)了。
下面介紹 mcs-51的信號引腳
mcs-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖。
1) 信號引腳介紹
p0.0 ～ p0.7： p0口8位雙向口線。
p1.0 ～ p1.7 ：p1口8位雙向口線。
p2.0 ～ p2.7 ：p2口8位雙向口線。
p3.0 ～ p3.7 ：p3口8位雙向口線。
ale：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時，ale用于控制把p0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ale是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。
psen ：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部rom時，psen有效（低電平），以實現(xiàn)外部rom單元的讀操作。
圖2 40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列
ea：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對rom的讀操作限定在外部程序存儲器；當信號為高電平時，對rom的讀操作是從內部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。
rst：復位信號。當輸入的復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作。
xtal1和xtal2：外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。
vss：地線。
vcc：+5 v電源。
2) 信號引腳的第二功能
由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如，mcs-51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。如何解決這個矛盾？“兼職”是惟一可行的辦法，即給一些信號引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號就是它的第二功能。如p0口既可以作為通用的i/o口進行數(shù)據(jù)的輸入/輸出，也可以作為單片機系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，為此在p0口的電路中有一個多路轉接電路。