51系列是运用最广泛的单片机，因为产品硬件结构合理，指令系统标准，加之出产前史“悠长”，有先入为主的优势。国际有许多闻名的芯片公司都购买了51芯片的中心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩大，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个巨大的系统，直到现在仍在不断创新，把单片机国际炒得沸反盈天。
51系列的另一个长处是乘法和除法指令，这给编程也带来了便当。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不行，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度仍是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令即可。许多的八位单片机都不具有乘法功用，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不方便。
51系列的I/O脚的设置和运用十分简略，但高电平时无输出才干，可谓有利有弊。故其他系列的单片机(如PIC系列、AVR系列等)对I/O口进行了改善，增加了方向寄存器以确认输入或输出，但运用也变得杂乱。
一起，原51系列也有许多值得改善之处，如运转速度过慢等。当晶振频率为12MHz时，机器周期达1μs，明显习惯不了现代高速运转的需求。华邦公司(Winbond)出产的产品型号为W77系列和W78系列，W78系列与AT89C系列彻底兼容。W77系列为增强型，对原有的8051的时序作了改善，每个机器周期从12个时钟周期改为4个周期，使速度提高了三倍，一起，晶振频率最高可达40MHz。W77系列还增加了看门狗WatchDog、两组uART、两组DVTR数据指针、ISP等多种功用。
PIC单片机CPU选用RISC结构，别离有33、35、58条指令(视单片机的等级而定)，属精简指令集。而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者杂乱。选用Haryard双总线结构，运转速度快(指令周期约160～200nS)，它能使程序存储器的拜访和数据存储器的拜访并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完结两部分作业，一是履行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期(单个在外)，这也是高效率运转的原因之一。此外，它还具有低作业电压、低功耗、驱动才干强等特色。
该系列单片机的专用寄存器)并不像51系列那样都会集在一个固定的地址区间内(80～FFH)，而是涣散在四个地址区间内，即存储体0(Bank0：00-7FH)、存储体1(Bankl：80-FFH)、存储体2(Bank2：100-17FH)、存储体3(Bank3：180-1FFH)。只要5个专用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4个存储体内一起呈现。
在编程过程中，少不了要与专用寄存器打交道，得重复地挑选对应的存储体，也即对状况寄存器STATUS的第6位(RPl)和第5位(RPO)置位或清零。这多少给编程带来了一些费事。关于上述的单片机，它的位指令操作一般约束在存储体0区间(00～7FH)。数据的传送和逻辑运算基本上都得经过作业寄存器w(相当于5l系列的累加器A)来进行，而51系列的还能够经过寄存器相互之间直接传送(如：MOV30H，20H;将寄存器20H的内容直接传送至寄存器30H中)，因此PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严峻，这在编程中很有感触。
总线结构:MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,计算机在同一个存储空间取指令和数据,两者不能一起进行;而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是彻底分隔的,一个用于指令,一个用于数据,因为能够对程序和数据一起进行拜访,所以提高了数据吞吐率。正因为在PIC单片机中选用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：程序和数据总线能够选用不同的宽度。数据总线都是8位的，但指令总线位数别离位12、14、16位。
流水线结构:MCS-51单片机的取指和履行选用单指令流水线结构,即取一条指令,履行完后再取下一条指令;而PIC的取指和履行选用双指令流水线结构,当一条指令被履行时,答应下一条指令一起被取出,这样就完结了单周期指令。寄存器组:PIC单片机的一切寄存器,包含I/O口,定时器和程序计数器等都选用RAM结构方式,并且都只需求一个指令周期就能够完结拜访和操作;而MCS-51单片机需求两个或两个以上的周期才干改动寄存器的内容。
AVR单片机其明显的特色为高性能、高速度、低功耗。它撤销机器周期，以时钟周期为指令周期，实施流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可履行本指令功用，一起完结下一条指令的读取。通用寄存器总共32个(RO-R31)，前16个寄存器(R0～R15)都不能直接与当即数打交道，因此通用性有所下降。而在5l系列中，它一切的通用寄存器(地址00-7FH)均能够直接与当即数打交道，明显要优于前者。
AVR系列没有相似累加器A的结构，它主要是经过R16～R31寄存器来完结A的功用。在AVR中，没有像5l系列的数据指针DPTR，而是由X(由R26、R27组成)、Y(由R28、.R29组成)、z(由R30、R31组成)三个16位的寄存器来完结数据指针的功用(相当于有三组DPTR)，并且还能作后增量或先减量等的运转。在51系列中，一切的逻辑运算都必须在A中进行;而AVR却能够在任两个寄存器之间进行，省去了在A中的来回折腾，这些都比51系列强。
