Egy utasítás végrehajtásakor a processzor folyamatosan ismétlődve végigmegy egy néhány lépéses cikluson, amely a fetch, decode, execute és store műveletekből áll. Az utasítást a memóriából kell kiolvasni, értelmezni, majd végrehajtani. Ezt követően jön a következő utasítás hasonló lépésekkel, és így tovább.
A processzor memóriaelemei a regiszterek. Kis méretűek, gyors elérésűek és ideiglenesen tárolják az aktuális számítások adatait, memóriacímeket és egyéb információkat. Vannak általános célú és speciális regiszterek, például a programszámláló, az utasításregiszter és állapotregiszterek.
Több különböző típusa van a memóriának, két csoportja az áramtalanítás után felejtő (volatile) memória és a nem felejtő (non-volatile). A memória típusai eltérnek sebességben, gyártási költségben és kapacitásban.
Az SRAM (Static RAM) gyors, de költséges, a DRAM (Dynamic RAM) olcsóbb, azonban lassabb. A RAM véletlen hozzáférésű memória, ami azt jelenti, hogy bármely részéhez rögtön, tetszőleges sorrendben hozzá lehet férni.
Nem felejtő memória, amely csak olvasásra használatos. Általában firmware tárolására használják, altípusai a PROM, EPROM, EEPROM. Ma már ROM szinte sehol sincs használva a flash memóriák alacsony ára miatt.
Működése az EEPROM-on alapszik. Nagy előrelépést jelentett 1980-as bemutatásakor, hogy új adat írásához nem kellett az összes adatot törölni. Olvasni, törölni és írni is blokkonként lehet. Korlátozott az élettartama, emiatt külön vezérlőegység szórja szét hatékonyan az információt, akár gyorsítótárral kiegészülve.
A processzor, memória és perifériák között a kommunikáció buszokon zajlik, azaz minden információ felkerül a buszra, az elemek pedig leveszik onnan a számukra szükségeseket. Egy egyszerű mikrovezérlő is számtalan különböző buszrendszert tartalmaz, architektúrától és a rendelkezésre álló perifériáktól függ a feladatuk.
Egy CPU architektúrája meghatározza annak felépítését, az utasításlészletét, az adatbuszok és regiszterek méretét, és az adatkezelés módját. Az utasításkészlet azt tartalmazza, hogy a processzor milyen parancsokat képes végrehajtani. Az architektúra határozza meg a perifériák és az egyéb beágyazott funkciók támogatását is. A modern Intel és AMD alapú számítógépek x86-64 (röviden x64) architektúrát használnak.
Az ARM Limited cég nem gyárt processzorokat, hanem fejlesztéseit licenceli gyártóknak. Az okostelefonok és modern Apple számítógépek is ARM architektúrájú processzorokat tartalmaznak. Mikrovezérlőkben is óriási a piaci részesedésük, a Reneas, STMicroelectronics, Raspberry Pi, Nordic és számtalan gyártó az ARM Cortex-M családját használja. Mind 32-bites, csökkentett utasításkészletű (RISC) processzorok.
Ellentétben az ARM, Intel vagy AMD által használt utasításkészlet architektúrákkal (ISA), a RISC-V egy nyílt szabvány. Moduláris, nyílt forráskódú, testreszabható architektúra. Népszerűsége évről-évre nő, folyamatosan jelennek meg RISC-V processzorok okoseszközökhöz, szerverekhez és a szoftveres támogatás is fejlődik.
Az Esppressif Systems népszerű terméke az ESP32 mikrovezérlők családja. Ahogy a neve is sugallja, 32-bites magokat használ. Több termékük az ARM-hoz hasonló Tensilica cég Xtensa licencelt processzorát használja, mások RISC-V architektúrájúak. Az egyes modellek közötti kompatibilitást az ESP-IDF, az Espressif SDK-ja tartja fent, amely telepíthető például a népszerű Visual Studio Code integrált fejlesztőkörnyezetbe.