微控制器（微控制器单元的MCU）是在单个金属氧化物半导体（MOS）集成电路（IC）芯片上的小型计算机。微控制器包含一个或多个CPU（处理器内核）以及存储器和可编程输入/输出外围设备。铁电RAM、NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器通常也包括在芯片上，以及少量的RAM。微控制器是为嵌入式应用而设计的，与个人计算机或其他由各种分立芯片组成的通用应用中使用的微处理器形成对比。
在现代术语中，微控制器类似于片上系统（SoC），但不如SoC复杂。SoC可以包括微控制器作为其组件之一，但是通常将其与诸如图形处理器（GPU）、Wi-Fi模块或者一个或多个协处理器之类的高级外围设备集成。
微控制器用于自动控制产品和设备，如汽车发动机控制系统、植入式医疗设备、远程控制、办公机器、电器、电动工具、玩具和其他嵌入式系统。与使用单独的微处理器、存储器和输入/输出设备的设计相比，通过减小尺寸和成本，微控制器使得数字控制更多的设备和过程变得经济。混合信号微控制器很常见，它集成了控制非数字电子系统所需的模拟元件。在物联网的背景下，微控制器作为边缘设备，是数据收集、感知和驱动物理世界的一种经济和流行的手段。
一些微控制器可以使用四位字，并以低至4kHz的频率工作，以实现低功耗（一位数的毫瓦或微瓦）。它们通常具有在等待诸如按钮按压或其他中断的事件时保持功能的能力；睡眠时（CPU时钟和大多数外围设备关闭）的功耗可能只有毫微瓦，这使得它们中的许多非常适合持久的电池应用。其他微控制器可能扮演着性能关键的角色，它们可能需要更像数字信号处理器（DSP），具有更高的时钟速度和功耗。
微处理器和微控制器的起源都可以追溯到MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的发明，也称为MOS晶体管。它是由Mohamed M.Atalla和Dawon Kahng于1959年在贝尔实验室发明的，并于1960年首次展示。同年，Atalla提出了MOS集成电路的概念，这是一种由MOSFET制成的集成电路芯片。到1964年，MOS芯片已经达到了比双极芯片更高的晶体管密度和更低的制造成本。到20世纪60年代末，MOS芯片的复杂性以摩尔定律预测的速度进一步增加，导致在单个MOS芯片上集成数百个晶体管的大规模集成电路（LSI）。MOS LSI芯片在计算中的应用是第一批微处理器的基础，因为工程师们开始认识到，一个完整的计算机处理器可以包含在单个MOS LSI芯片上。
第一批多芯片微处理器，1969年的四相系统AL1和1970年的Garrett AiResearch MP944，都是用多个MOS LSI芯片开发的。第一个单芯片微处理器是英特尔4004，于1971年在单个MOS LSI芯片上发布。它是由Federico Faggin与英特尔工程师Marcian Hoff和Stan Mazor以及Busicom工程师Masatoshi Shima一起使用他的硅栅MOS技术开发的。紧随其后的是4位英特尔4040、8位英特尔8008和8位英特尔8080。所有这些处理器都需要几个外部芯片来实现工作系统，包括内存和外围接口芯片。结果，整个系统的成本是几百美元（20世纪70年代的美元），使得不可能经济地将小型电器计算机化。MOS技术公司推出了低于100美元的微处理器6501和6502，主要目的是解决这一经济障碍，但这些微处理器仍然需要外部支持、存储器和外围芯片，这使整个系统的成本保持在数百美元。
2018年6月21日，密歇根大学宣布了“世界上最小的计算机”。该设备是一个“ 0.04mm3 16nW无线和无电池传感器系统，集成了Cortex-M0+处理器和用于蜂窝温度测量的光通信。”它”边长仅为0.3毫米，与米粒相比相形见绌。除了RAM和光伏电池，新的计算设备还具有处理器和无线发射器和接收器。因为它们太小了，没有传统的无线电天线，所以它们用可见光接收和传输数据。基站为电力和编程提供照明，并接收数据。“该设备的大小是IBM在2018年3月发布的世界纪录计算机的十分之一，该计算机”比一粒盐还小“，拥有100万个晶体管，制造成本不到0.10美元，结合区块链技术，旨在用于物流和”加密锚”——数字指纹应用。
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