Микроконтроллеры 8XC151SX по системе команд, набору программно доступных ресурсов, системе прерываний, набору блоков ввода-вывода и функциям выводов корпуса совместимы с микроконтроллерами 8XC51FX. Усовершенствования коснулись, в основном, операционного ядра. Введены: конвейер команд, режим страничной адресации памяти, опция растяжки сигнала ALE#, возможность включения в магистральные циклы тактов ожидания.

В результате при конвейерной выборке в пределах одной страницы время выполнения команды составляет один такт (два периода внешнего сигнала синхронизации). При максимальной тактовой частоте 16 МГц это составляет 125 нсек. Такой темп выборки требует быстрой памяти программ.

К набору внутренних модулей добавлен сторожевой таймер WDT. В систему прерываний введена команда TRAP, изменен порядок опроса источников при поллинге. В системе защиты внутренней памяти программ размер кодировочной таблицы увеличен до 128 байт.

В следующей таблице приведены данные о маркировке микроконтроллеров и различиях в реализации внутренней памяти программ.

Организация памяти и программно доступных регистров микроконтроллеров 8XC151SX приведена на  2.26.

Механизм защиты внутренней памяти программ микроконтроллеров 8XC151SX включает три бита секретности и кодировочную таблицу, размер которой увеличен до 128 байт.

Набор регистров специальных функций микроконтроллеров 8XC151SX следующий:

С точки зрения пользователя основные отличия микроконтроллеров 8XC151SX по сравнению с семейством MCS-51 связаны с изменениями в циклах обмена по магистрали.