单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃且颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器（Micro-contro-
ller Unit或MCU）。
单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入/输出接口（I/O）等。因此，单片机只需要有适当的软件和外部设备，便可组成为一个单片机控制系统。
单片机作为微型计算机的一个分支，它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，主要分为4个阶段。
第一阶段（1974～1978年）：初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机在片内集成了8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器、RAM等。无串行I/O，寻址范围不大于4KB。
第二阶段（1978～1983年）：高性能单片机阶段。此时的单片机品种多，功能强，以MCS-51系列为代表。这个阶段的单片机均带有串行I/O口，具有多级中断处理系统，定时器/计数器为16位，片内RAM和ROM容量相对增大，且寻址范围可达64KB。这类单片机应用领域极其广泛，由于其优良的性价比，且特别适合我国的国情，所以在我国得到了广泛应用。与MCS-51系列使用同样广泛的还有Motorola公司的68xx等，这些型号使单片机的应用在我国上了一个新台阶。
第三阶段（1983～1990年）：16位单片机和8位高性能单片机并行发展阶段。此阶段的单片机的最大特点是实时处理能力强，生产工艺先进，集成度高，内部功能强，而且允许用户采用工业控制的专用语言编程，如PL/M、C语言、BASIC语言等。如Intel公司生产的MCS-96系列和Philips公司生产的8XC552系列，特别适用于实时控制。
第四阶段（1990至今）：1990年2月美国推出的i80860超级单片机轰动了整个计算机界，它的运算速度为1.2亿次/秒，可进行32位整数运算和64位浮点运算，同时片内具有一个三维图形处理器，可构成超级图形工作站。随着半导体技术的发展，巨型计算机单片化将成为现实。
早期MCS-51典型时钟频率为12MHz，目前与MCS-51单片机兼容的一些单片机的时钟频率达到40 MHz或更高，现在已有更快的32位400MHz的单片机产品出现。
单片机将向大容量、高性能化、外围电路内装化等方面发展。为满足不同的用户要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。
CPU功能的增强主要表现在运算速度和精度的提高方面。
（1）采用双CPU结构，以提高处理能力。
（2）增加数据总线宽度。单片机内部采用16位或32位数据总线，其数据处理能力明显优于一般的8位单片机。
（3）采用流水线结构，指令以队列形式出现在CPU中，具有很快的运算速度。
（4）采用RISC体系结构。
（1）加大存储容量。
新型单片机片内ROM一般可达4KB～64KB，RAM为2.56B。有的单片机片内ROM容量可达256KB。
（2）片内EPROM开始E2 PROM或FLASH化。
由于片内EPROM需要高压编程写入和用紫外线擦除，给用户带来不便。采用电改写的E2 PROM后，不需紫外线擦除，只需重新写入。特别是能在+5V下读/写的E2 PROM，既有静态RAM读/写操作简便的优点，又能在掉电时数据不丢失。片内E2 PROM的使用不仅会对单片机结构产生影响，而且会大大简化应用系统结构。
（3）程序保密化。
一般EPROM中的程序很容易被复制。为防止被复制，有的单片机设有对片内ROM中信息的读取保护，这就达到了程序保密的目的。
一般单片机都有较多的并行口，以满足外围设备、芯片扩展的需要，同时配有串行口以满足多机通信功能的要求。
（1）增加并行口的驱动能力。
这样可以减少外部驱动芯片。有的单片机能直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LED和VFD（荧光显示器）。
（2）增加I/O口的逻辑控制功能。
大部分单片机的I/O口都能进行逻辑操作。中、高档单片机的位处理系统能够对I/O口进行位寻址及位操作，大大加强了I/O口控制的灵活性。
（3）配置特殊的串行接口。
有些单片机配置了一些特殊的串行接口，如Philips公司开发的一种新型总线——I2C总线（Inter-IC bus）是用两条串行总线代替现行的8位并行数据总线，从而大大减少了单片机引线，降低了单片机的成本，为单片机的扩展及通信提供了方便。
（4）通信及网络功能增强。
在某些单片机内部还含有局部网络控制模块，因此这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。目前，将单片机系统和Internet连接起来已是一种趋势。
随着集成度的不断提高，有可能把众多的外围功能器件集成在片内，这是单片机发展的重要趋势。除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，随着单片机档次的提高，为满足检测、控制功能更高的要求，片内集成的部件还有模/数转换器、数/模转换器、DMA控制器、锁相环、实时时钟、LCD控制器、WatchDog电路等。
由于集成工艺在不断发展，能装入片内的外围电路也可以是大规模的，把所需的外围电路全部装入单片机内，即系统的单片化（SoC）是目前单片机发展的趋势之一。
随着芯片内部功能的增强和资源的丰富，单片机所需的引脚数也会相应增加，这是不可避免的。例如，一个能寻址1MB存储空间的单片机需20条地址线和8条数据线。太多的引脚不仅会增加制造时的困难，而且也会使应用单片机更复杂。为了减少引脚数量，提高应用灵活性，单片机中普遍采用一脚多用的设计方案。
8位单片机中多数产品采用CHMOS工艺。CMOS芯片的单片机具有功耗小的优点，而且为了充分发挥低功耗的特点，这类单片机普遍配置有空闲和掉电两种工作方式。例如，采用CHMOS工艺的MCS-51系列单片机的80C51BH/80C31/87C51在正常运行（5V，12MHz）时，工作电流为20mA；同样条件下空闲方式工作时，工作电流则为3.7mA；而在掉电（2V）时，工作电流仅为50mA，以致不少单片机实际可采用电池供电。
专用型单片机具有最大程度简化的系统结构，资源利用率最高，大批量使用可获得可观的经济效益。