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过去的微处理器主频大多比较低，不断提高主频、降低线宽、采用超流水、多发射等技术是提高处理器性能的主要设计方法，处理器主频高低几乎成为微处理器性能强弱的代名词。随着主频持续增长在物理设计上出现了一些困难。特别是处理器性能增长速度远低于处理器主频的增长速度。以Intel公司微处理器发展历史为例，从I486发展到Pentium 4，处理器主频增长了15倍，但性能才提高5倍。另外传统的提方法易导致芯片面积增大、功耗过大、晶体管数量过多等一系列问题。随着处理器设计技术和生产工艺的发展，处理器突破性的性能提升还依赖处理器的结构更新。

2001年以后微处理器微系统结构设计中出现了一些令人瞩目的新变化。如主频的增长不再符合摩尔定律，主频高低不再是关键的处理器性能评价指标，线程级并行变得更普遍，64位计算正在向低端用户普及、支持无线上网且低功耗的处理器成为笔记本电脑的主流。新技术的原理是什么?如何实现?是什么原因导致要采用新技术而不是传统的微系统结构技术?以上问题应从技术和应用需求等多个角度进行考察，主频增长困难的前提下，确保微处理器性能继续提高的新技术进行考察，对新技术的原理、效果、必要性以及应用需求进行介绍和分析。

RISC(全称Reduced Instruction Set Computer，精简指令系统计算机)是一套优化过的指令架构，它是根据的80/20法则所订立。计算机科学家们发现，计算机中80%的任务只是动用了大约20%的指令，而剩下20%的任务才有机会使用到其他80%的指令。如果对指令系统作相应的优化，就可以从根本上快速提高处理器的执行率。

在以往，这种多操作系统技术于超级计算机领域，但Intel决定让PC也拥有同样的功能，并发展出一套名为“Van-derpool”的技术。要在同一个硬件平台上同时生成两套操作环境并不容易，Vanderpool如何解决二者可能存在的冲突问题?Intel引入了一项名为“VMM (virtual machine monitor，虚拟机监控器)”的技术解决了问题。，Vanderpool在硬件平台上分别构建了隔绝的逻辑区，每个逻辑区都包含完整的运作状态，它们包括处理器的运算资源和内存资源;其次，VMM可对处理器、内存和其他硬件资源进行统一的管理和分配，确保每个操作环境都可以获得相应的计算资源，由此多个操作环境同步运作。这样在用户看来，他所面对的就是两套同步运行，且完全立的操作环境。而常规的计算机系统只有三层逻辑结构，自上而下分别是应用软件、操作系统和底层硬件，未有起衔接作用的”虚拟机”层。

自从人类1947年发明晶体管以来，50多年间半导体技术经历了硅晶体管、集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路等几代，发展速度之快是其他产业所没有的。半导体技术对整个社会产生了广泛的影响，因此被称为“产业的种子”。中央处理器是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件，伴随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，被统称为“微处理器”。需要注意的是：微处理器本身并不等于微型计算机，仅仅是微型计算机的中央处理器。

单片机阶段。 这一阶段推出的8位单片机普遍带有串行口, 有多级中断处理系统, 多个16位定时器/计数器。片内RAM、 ROM的容量加大，且寻址范围可达64 KB，个别片内还带有A/D转换接口。

单片机按应用范围又可分成通用型和型。型是针对某种特定产品而设计的，例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中，又可按字长分为4位、8位、16/32位，虽然计算机的微处理器现在几乎是32/64位的天下，8位、16位的微处理器已趋于萎缩，但单片机情况却不同，8位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能能满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用16/32位，而在一般工业领域，8位通用型单片机，仍然是目前应用广的单片机。

根据总线或数据暂存器的宽度，单片机又分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位单片机。4位MCU大部份应用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD播放器、LCD驱动控制器、LCD游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等；8位MCU大部份应用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器（CallerID）、电话录音机、CRT显示器、键盘及USB等；8位、16位单片机主要用于一般的控制领域，一般不使用操作系统， 16位MCU大部份应用在行动电话、数字相机及摄录放影机等；32位MCU大部份应用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN电话、激光打印机与彩色传真机； 32位用于网络操作、多媒体处理等复杂处理的场合，一般要使用嵌入式操作系统。64位MCU大部份应用在高阶工作站、多媒体互动系统、电视游乐器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及终端机等。

MCU根据其存储器结构可分为哈佛（Harvard）结构和冯▪诺依曼（Von Neumann）结构。现在的单片机绝大多数都是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口，所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。