目前幾乎所有馮·諾伊曼型計算機的CPU的工作流程可以分為：提取指令、指令編譯、指令執行、訪問主存并讀取操作數、寫回等五個階段。CPU的幾大主要結構在過程中的作用如下：控制單元（Control Unit）作為CPU的控制中心，負責將存儲器中的數據發送至運算單元并將運算后的結果存回到存儲器中，其一切行為均來自于指令。運算單元（Arithmetic/Logic Unit）可以執行算術運算和邏輯運算。它執行來自于控制單元的命令。存儲單元（Registers、Cache）是CPU中數據暫時存儲的位置，其中寄存有待處理或者處理完的數據。寄存器（Registers）較內存相比，可以減少CPU訪問數據的時間，也可以減少CPU訪問內存的次數，有助于提高CPU的工作速度。
作為4位處理器，Intel 4004由10um制程工藝在2英寸晶圓上打造，集成了2300個晶體管，主頻為740kHz。到了2020年，第十一代酷睿處理器芯片基于英特爾10nm工藝打造，將集成超過百億個晶體管，最高主頻可高達4.8Ghz。這顆CPU芯片不再是單一的CPU，而是集成了全新架構的Willow Cove內核、Iris X圖形處理器、內存控制器、圖像處理器、媒體解碼器、電源管理、神經元加速器和各類高速接口控制器等各種組件。其中Willow Cove內核正是這顆CPU芯片集成的傳統意義上的CPU。
MMX指令集是多媒體拓展指令集的簡稱。初代的MMX僅提供整數運算，而不兼容浮點運算，且當年MMX的軟件支持進展緩慢；SSE是流式單指令多數據流的簡稱，該指令集創建了新的128位寬的寄存器文件（XMM0–XMM7）和新的單指令多數據流指令，解決了MMX的核心缺點；AVX是高級矢量拓展指令集的簡稱，該指令集使用16個YMM寄存器對多條數據執行單個指令。
