程序存储器：
① 用于存放程序（可执行的二进制代码映像文件，包括程序中的数据信息），还包括初始化代码等固件。
② 为只读存储器。注意，这里的“只读”，是指单片机（CPU）在正常工作时对其的访问方式是只读的；而现在大多数单片机的程序存储器（不管是内部还是外部）都采用了FLASH ROM，来取代以前所用的ROM、E2PROM等，可方便地进行在线编程（ISP）。
③ 标准8051的内部程序存储器大小为4KB（0x0000 ~ 0x0FFF）；而具体的51核的兼容单片机的内部ROM大小需要参考其Datasheet，例如P89C51RA2xx的内部程序存储器是8K的Flash。
④ 内部、外部存储器统一编址，在软件设计上（指令系统中）没有差别；是否使用外部程序存储器是通过引脚
[注] 一般直接选用内部程序存储器满足代码大小要求的单片机型号，避免扩展外部存储器，造成系统软硬件设计上的复杂和额外开销。
数据存储器：
为RAM。首先必须要强调的是，不管是物理上还是逻辑上，51单片机的内部、外部数据存储器都在不同的地址空间。两者不是一回事，用途也不一样，访问的指令也不同（内部RAM为MOV指令，外部为MOVX）。
1、内部数据存储器（内部RAM）
相当于内存，为程序（进程）中的变量和常量分配存储空间，掉电后内容消失。
标准8051的内部RAM为256B（0x00 ~ 0xFF）：其中可供用户自由使用的是低128B（0x00 ~ 0x7F）区域，高128B中定义了26B的特殊功能寄存器（SFR），其余没有定义，因而没有意义。
P89C51RA2xx的片内RAM是512B（片内RAM不等于内部RAM，见释疑2）。
[说明] 关于内部RAM中的SFR，其中不但定义了一些控制字段，还包括累加器（ACC）、程序状态字（PSW）、数据指针（DPTR）、堆栈指针（SP）等，值得注意的是，片上I/O口P0 ~ P3的地址也在这里定义（即有3个特殊功能寄存器的地址实际上是P口的地址）——这是因为51单片机的I/O口与存储器是统一编址的*。
2、外部数据存储器（外部RAM）
上面谈到“I/O口与存储器统一编址”的问题，因此，这里称作外部RAM空间更为合适。在这个64KB地址空间中（0x0000 ~ 0xFFFF），除了可以扩展外部RAM外，还可以扩展外部I/O设备。
外部RAM主要用于存储程序运行时产生的重要数据（如数据采集结果、数据处理结果、系统日志等），这时一般需要外加电源进行掉电保护，以在系统掉电时保存其中的数据信息；也可用于数据的暂时存储，供CPU正常读写操作使用。因此外部RAM主要是使用其“可随机访问、读写方便且高速”的特性。