单片机原理主要由运算器、控制器和寄存器组成。算术单元由算术逻辑单元(ALU)、累加器、寄存器等组成。首先累加器和寄存器向ALU输入两个8位的源数据，然后ALU完成源数据的逻辑运算，最后运算结果存入寄存器。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令解码器、时序发生器和运算控制器等组成。它是一个下达命令的“组织”，用来协调整个系统各部分之间的运作。寄存器主要包括累加器A、数据寄存器DR、指令寄存器IR、指令解码器ID、程序计数器PC、地址寄存器AR等。
算术单元、控制器和寄存器在微处理器中互连。控制器向各部分发出运算命令，运算单元收到命令后执行相应的运算，并将计算结果存储在相应的寄存器中。
单片机的应用已经渗透到我们日常生活的各个领域，小到家用电器、仪器仪表，大到医疗器械、航空航天，都有单片机的身影。某个产品一旦加入单片机，就使原来的产品接近互联网，获得了“智能”的前缀。单片机在各个领域的具体应用如下：
1)在仪器仪表领域，一旦用单片机来控制，仪器仪表就会变得数字化、智能化、小型化，功能更加强大；
2)在家用电器领域，广泛实现了家用电器的单片机控制，如电饭煲、冰箱、空调、彩电、音响等；
3)网络通信领域，手机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统等。已经全部由单片机控制，单片机一般都有通讯接口，方便通讯设备与计算机通讯；
4)在工业控制领域，利用单片机可以形成多种控制系统，如工厂流水线的智能管理、电梯的智能控制、各种报警系统、与计算机联网形成的二次控制系统等。
5)在医疗设备领域，单片机也大大实现了它的价值，已经广泛应用于分析仪、监护仪、病床呼叫系统、医用呼吸机等各种医疗设备中。
6)在模块化系统中，可以利用单片机实现特定功能，进行模块化应用，而不需要操作者了解其内部结构，从而大大缩小体积，简化电路，降低损坏率和出错率；
7)在汽车电子领域，单片机已广泛应用于发动机控制器、GPS导航系统、ABS防抱死系统、制动系统；
8)除了上述应用，单片机还在工商、金融、教育、物流等领域发挥了自己的作用。
