单片机的历史发展可以追溯到1974年的4位机，随后在1976年推出了功能更为丰富的8位机，1982年则出现了16位机，以及专为数字信号处理设计的单片机。4位单片机因其简洁在基本控制设备中广泛使用，而8位单片机凭借强大的功能和广泛的适应性，成为应用领域中的主流选择。
以经典的8051单片机为例，其内部结构包含4000字节的片内ROM和256字节的RAM。它配备有两个16位的定时/计数器，以及四个功能复用的并行接口，一个异步通信的串行接口。此外，8051还具备专用的I/O接口和功能，如直接驱动显示器的并行口，模拟/数字转换接口，支持DMA（存储器直接存取）以提高数据传输效率，以及字符发生器和波形发生器等，为复杂应用提供了支持。
单片机不仅作为一种硬件设备，也被用作学习工具，帮助学习者理解微处理器原理和应用。通过学习汇编语言编程，按照特定的指令系统，开发出的程序可以被固化在单片机中，使其转变为小型专用计算机，满足特定的计算需求。
单片微型计算机又称简称单片微机或单片机，又称微控制器。它包括中央处理器（CPU）,用RAM构成的数据存储器，用ROM构成的程序存储器，定时/计数器，各种输入/输出（I/O）接口和时钟电路。可独立地进行工作。