На  2.1 приведена внутренняя структура микроконтроллера 8051 АН, исходная для семейства MCS-51. Она включает следующий набор функциональных модулей:

8-разрядное АЛУ с аппаратной реализацией операций типа умножение;

внутренние память программ (4Кбайт) и ОЗУ данных (128 байт);

четыре универсальных программируемых параллельных 8-разрядных порта ввода-вывода с возможностью реализации определенных альтернативных функций;

два 16-разрядных программируемых счетчика-таймера;

дуплексный последовательный порт.

Этот набор аппаратных средств и совокупность реализуемых функций делают микроконтроллеры семейства 8051 эффективным средством сбора, предобработки информации и управления объектами.Анализ внутренней структуры микроконтроллеров семейства MCS-51 приводит к выводу, что она имеет полузакрытый характер. Основания к этому следующие:

набор функций ввода-вывода данных и функций обращения к внешней памяти программ превосходит возможности используемых корпусов по количеству выводов. Причиной этого является значительная роль стоимости корпуса в общей стоимости БИС микроконтроллеров, а следствием — наличие у выводов альтернативных функций и удорожание средств и собственно процесса отладки;

объединение на кристалле процессора, памяти и блоков ввода-вывода с синхронными режимами работы, таких как таймеры и последовательный порт, приводит к нарушению состояния этих блоков при попытках чтения значений регистров и ячеек памяти процедурами отладки. Переполнение регистров данных этих блоков приводит к установке соответствующих флагов прерываний и может привести к непредусмотренному прерыванию рабочей программы. В наибольшей степени это касается первых микроконтроллеров семейства, которые были созданы с использованием схемотехники динамических элементов. После подачи напряжения питания эти микроконтроллеры невозможно остановить. Внешний вид микросхемы 8051 АН, имеющей отечественный аналог К1816ВЕ51, представлен на  2.2. Функции выводов микросхемы 8051 АН следующие.