单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、随机存取存储器RAM（Random Access Memory）、只读存储器ROM（Read-only Memory）、基本输入/输出(Input/Output)接口电路、定时器/计数器等部件制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机的基本功能。单片机内部结构示意图如图1所示。
图1 单片机内部结构示意图
与通用计算机相比，单片机具有如下特点：
1. 体积小，成本低，功能自定义。单片机是将所有元器件集成在一块印制板上，只包括完成功能的最少器件，没有多余成分，成本低，功能模块化，可以随意组合与定制，能做到机、电、液一体化；
2. 单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格；而RAM则为数据存储器，用于存放变量；
3. 采用面向控制的指令系统。不同的单片机一般具有不同的指令系统。单片机的控制能力一般要强于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力，能针对性地解决简单到复杂的各类控制任务；
4. 单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机体积小，引脚数量有限，为了解决实际引脚数和需要的信号线数的矛盾，采用引脚功能复用方法，根据指令设置或机器状态来区分和识别某引脚处于何种功能；
5. 及时响应。由于它是某种技术过程的核心处理环节，必须满足技术过程的时限要求，自然具有实时处理的特性；
6. 健壮可靠。单片机系统产品的使用人员多为非计算机专业人士，使用环境不定，往往条件恶劣，因此，其健壮性和可靠性是该类系统的必备条件。一般配备“看门狗（ Watch-dog）”和采用容错“（Fault Tolerance）”技术；
7. 单片机系统一般不带有磁盘。而操作系统的映像和可执行程序一般存放在只读存储器（ ROM ）和“闪存（Flash Memory）”中。
单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。