我們可以說程序存儲器的里面存放的是單片機的靈魂，它就是工作程序。小的可能只有1KB(最多只能裝1024條8位數據，因為實際指令還有許多2字節、3字節指令，所以它還裝不下1024條指令)大的也有128KB的。這些8位數據要么在工廠里做摸子光刻進去，要么一次性的燒寫進去，要么……用編程器這個特殊工具把調試成功的機器碼裝載進去，或者像AVR單片機那樣自己花幾塊錢做一條下載線，把電腦里這些東西灌進去(或許是AVR最吸引人之處)，它一旦進駐電腦的程序存儲器中，除了借助上述裝置便不能自由改寫，在單片機運行時，只是從其中讀出指令或固定的數據，所以給程序存儲器一個"只讀存儲器"的別名，簡寫為ROM，包括用編程器寫紫外線擦除內容的EPROM。用電擦除的EEPROM和現在新興的FLASH ROM；一次性寫入的ROM僅用于電路和程序固定的批量產品中，實際工作起來，都是一樣的。
在實際的使用中，單片機運行時為了定位ROM中的數據，其實每個8位存儲單元都有一個固定的“地址”，通常用16進數表示：例如對于一個所謂4K的ROM，地址從0000H到0FFFH，(即是從0000，0001...4095)，單片機運行時從哪個地址取數據，完全由程序本身決定，并不要我們干預。記住，給單片機一通電，它經過一個短暫的復位過程，立即轉向ROM的最低地址0000H，在這里面放置的往往是一條“跳轉”指令，它從這里一步跳到另一個地址：程序的真正起始地址，例如51機的0080H。難道ROM中就只有指令不能來點別的？ROM是程序存儲器，除了指令外還包括運行程序必須的某些固定數據。假如，我們要求在單片機的某口上輸出00H到FFH(255)按正弦半波變化的數值，每秒10000次，那如果硬要它按照公式一個個計算，對于它來說未免力不從心，可是我們可以把預先計算好的數值存入ROM中，到時候直接取出。
提到數據存儲器，它其實是個可以隨時存取數據的一塊存儲器，也就是可以讀(取)也可以寫(存)的存儲器，簡稱RAM。現在的單片機里面使用的RAM屬于靜態RAM或SRAM，這個和電腦用的內存條有所不同，只要你把數據寫入SRAM后，只要不斷電，或者不清除掉，這個數據就一直保存在那里，電腦是用的動態RAM，要不斷給它加刷新脈沖才能保存數據。因為單片機處理的信息量比電腦小很多，所以它帶的RAM也比較少：從完全不帶、帶128、256、……1K、2K到4K，比ROM少多了。因為實際上RAM只是作為數據臨時存放的地方，除非進行圖像處理需要存放大量的數據外，一般對于執行較簡單任務的單片機，有這么多也夠用，如果實在不夠用也只能采取外加SRAM如6116、6264等等來擴展。為了對RAM單元存取8位二進數，當然也的和ROM一樣用“地址”來標示它的具體位置假如某單片機有1K(1024)RAM，它的地址也是從0000到1024，或16進數的0000H到03FFH可見和ROM的地址是一樣的，不會混淆不清？不會，因為讀ROM是由單片機的程序指針或轉移指令或查表指令進行，而這些指令是不會進入RAM區的，讀寫RAM是另外的數據傳送指令，也不會進入ROM區，這點也是和電腦不同之處，后者程序和數據都在內存條里面，地址不同，如果竄位了就會造成不可預見后果。單片機的這種存儲器結構也稱為哈佛結構。
在這里本文中要說到的RAM，其在單片機里的用途主要是存放臨時數據，例如用單片機測溫，每秒測1次，顯示1分鐘的平均值(1分鐘更新一次)；我們先通過傳感器，放大電路，A/D轉換，把溫度這個模擬量轉變為成比例的二進數，然后每秒鐘1次把數字量通過輸入口順序存入到單片機的RAM中，然后對他們進行兩兩求和再平均的計算(題外話：要單片機進行“除法“運算比較麻煩，例外的是除以2，4，8……卻非常簡單。運用“右移”指令1、2、3次便可)最后的數值顯示出來，然后把這60個存儲單元統統寫0清除舊數據，下次又如此這般地循環進行。另外在單片機里面還有若干寄存器，數量不多但是作用很大，除了暫存數據，還可以交換、加工、傳遞等等，以及隨時紀錄單片機當前處于什么狀態，輸入輸出口，也是作為特殊功能的寄存器存在，具體各有不同，就不是隨便說說可以搞清楚的，要看有關書籍了。
