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除了無ROM型的8031及8032外，MCS-51的存儲器包括程序存儲器（ROM）與數據存儲器（RAM）兩部分，一般這兩部分是獨立的個體。標準的8x51系列具有4KB程序存儲器、128B數據存儲器，而標準的8x52系列具有8KB、256B數據存儲器，剛好是8x51系列的兩倍。不管是8x51、8031、8032還是8x52，其外部擴展的程序存儲器或數據存儲器最多為64KB，如表2-1所示。
近年來許多半導體廠商所推出的MCS-51兼容單片機都增大其內部程序存儲器與數據存儲器，例如Atmel半導體公司的TS83C51RB2，其內部有16KB程序存儲器、256B數據存儲器；TS83C51RC2，其內部有32KB程序存儲器、256B數據存儲器；TS83C51RD2，其內部有64KB程序存儲器、768B數據存儲器。
2-1-1 程序存儲器
顧名思義，程序存儲器（ROM）是存放程序的存儲器，而CPU將自動從程序存儲器讀取所要執行的指令。MCS-51的程序存儲器結構如圖2-1所示，可選擇使用內部程序存儲器或外部程序存儲器，說明如下：
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