MCS-51采用哈佛结构（har-vard），在物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间，细分为：片内、片外程序存储器和片内、片外数据存储器（如下图）。
从图中可看出，这4个存储空间存在地址冲突问题：数据存储器与程序存储器的64KB地址空间重叠；程序存储器中片内与片外的低4KB地址重叠；数据存储器中片内与片外最低的2568(8031仅有低128B)地址重叠。
在程序存储器中，片内地址OOOOH一002AH的存储空间，留给系统使用。
片内数据存储器共2568地址空间，分为低1288和高128B。低128B又分为工作寄存器区、位寻址区和用户RAM区；高128B又叫特殊功能寄存器，这些寄存器的功能具有专门的规定，用户不能修改其结构。
存储器中共有211个可位寻址的位地址。其中，片内数据存储器中有128个；特殊功能寄存器中有83个。
