AT89S51单片机的片内硬件组成结构如图2-1所示。它把那些作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上，具有如下功能部件和特性：
　　
　　(1)8位微处理器(CPU)。
　　
　　(2)数据存储器(128B RAM)。
　　    
　　(3)程序存储器(4KB FLASH ROM)。
　　
　　(4)4个8位可编程并行I/O口（PO口、Pl口、P2口和P3口）。
　　
　　(5)1个全双工的异步串行口。
　　
　　(6)2个可编程的16位定时器／计数器。
　　
　　(7)1个看门狗定时器。
　　
　　(8)中断系统具有5个中断源、5个中断向量。
　　
　　(9)特殊功能寄存器(SFR) 26个。
　　
　　(10)低功耗节电模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式。
　　
　　(11)3个程序加密锁定位。
　　
　　与AT89C51相比，AT89S51具有更突出的优点：
　　
　　(1)增加了在线可编程功能(ISP，In System Program)，灵活的在线编程方式（字节和页编程）使得现场程序调试和修改更加方便灵活。
　　
　　(2)数据指针增加到两个，方便了对片外RAM的访问过程。
　　
　　(3)新增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力。
　　
　　(4)增加了掉电标志。
　　
　　(5)增加了掉电状态下的中断恢复模式。
　　
　　AT89S51片内的各功能部件通过片内单一总线连接而成（如图2-1所示），其基本结构仍然是CPU加上外围芯片的传统微型计算机结构模式。但CPU对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器(SFR，Special Function Register)的集中控制方式。
　　
　　下面对图2-1中的片内各功能部件进行简单介绍。
　　
　　(1)CPU（微处理器）AT89S51单片机中有1个8位的CPU，与通用的CPU基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，此外还有面向控制的位处理功能。
　　
　　(2)数据存储器(RAM)  片内为128B（增强型的52子系列为256B），片外最多可外扩64KB。片内128B的RAM以高速RAM的形式集成在单片机内，可以加快单片机运行的速度，而且这种结构的RAM还可以降低功耗。
　　
　　(3)程序存储器(Flash ROM)  它用来存储程序。AT89S51片内集成4KB的Flash存储器（AT89S52片内则集成了8KB的Flash存储器，AT89C55片内集成了20KB的Flash存储器），如果片内程序存储器容量不够，片外最多可外扩至64KB。
　　
　　(4)中断系统具有6个中断源，2级中断优先权。
　　
　　(5)定时器／计数器片内有2个16位的定时器／计数器（增强型的52子系列有3个16位的定时器／计数器），具有4种工作方式。
　　
　　(6)1个看门狗定时器WDT，WDT提供了当CPU由于干扰使程序陷入死循环或跑飞状态时而使程序恢复正常运行的有效手段。
　　
　　(7)串行口  1个全双工的异步串行口，具有4种工作方式。可进行串行通信，扩展并行I/O口，还可与多个单片机相连构成多机系统。
　　
　　(8) Pl口、P2口、P3口和PO口  4个8位并行I/O口。
　　
　　(9)特殊功能寄存器(SFR) 共有26个特殊功能寄存器，用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制和监视。特殊功能寄存器实际上是片内各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器，这些特殊功能寄存器映射在片内RAM区80H～FFH的地址区间内。
　　
　　AT89S51完全兼容AT89C51单片机。使用AT89C51单片机的系统在充分保留原来软、硬件的条件下，完全可以用AT89S51直接代换。