CPU e limitada a um conjunto de estados discretos, e requer algum tipo de elemento de comutacao para diferenciar e mudar estados. Antes do desenvolvimento comercial do transistor, reles eletricos e valvulas eletronicas eram comumente utilizados como elementos de comutacao. Embora estes tivessem consideravel vantagem em termos de velocidade sobre o que se usava antes, desenhos puramente mecanicos, eles nao eram confiaveis por diversas razoes. Por exemplo, a construcao de circuitos de logica sequencial de corrente continua fora de reles requer um hardware adicional para lidar com os problemas de contato. Enquanto as valvulas nao sofrem rejeicao de contato, elas devem aquecer antes de se tornarem plenamente operacionais, e eventualmente deixam de funcionar devido a lenta contaminacao dos seus catodos que ocorre no curso da operacao normal. Se uma valvula selada vaza, como por vezes acontece, a contaminacao do catodo e acelerada. Normalmente, quando um tubo apresnta defeito, a CPU teria que ser examinada para localizar o componente que falhou a fim de que pudesse ser substituido. Portanto, os primeiros computadores eletronicos (baseados em valvulas) eram geralmente mais rapidos, mas menos confiaveis do que os computadores eletromecanicos (baseados em reles).Computadores basedos em valvulas como o EDVAC tendiam a trabalhar em media oito horas ate apresentarem falhas, enquanto os computadores baseados em reles como o (mais lento, mas anterior) Harvard Mark I apresentava defeitos muito raramente.[1] No final, CPUs baseadas em valvulas tornaram-se dominantes porque as vantagens de velocidade significativa oferecidas geralmente superavam os problemas de confiabilidade. A maioria destas antigas CPUs funcionava com baixa frequencias de relogio em comparacao com os design microeletronicos modernos. Sinais de frequencia de relogio variando de 100 kHz a 4 MHz eram muito comuns nesta epoca, em grande parte limitados pela velocidade dos dispositivos de comutacao que eram construidos.CPUs baseadas em transistores discretos e em circuitos integrados CPU, memoria de nucleo magnetico e barramento externo de um DEC PDP-8/I. feito de circuitos integrados em media escala.A complexidade do projeto de CPUs aumentou quando varias tecnologias facilitaram a construcao de menores e mais confiaveis dispositivos eletronicos. O primeiro aprimoramento veio com o advento do transistor. CPUs transistorizadas durante os anos 1950 e 1960 ja nao precisavam mais ser construidas com volumosos, nao confiaveis e frageis elementos de comutacao, tais como valvulas e reles eletricos. Com esta melhoria, CPUs mais complexas e mais confiaveis foram construidas em uma ou varias placas de circuito impresso com componentes discretos (individuais).Durante este periodo, um metodo de fabricacao de transistores em um espaco compacto ganhou popularidade. O circuito integrado (IC, conforme iniciais em ingles) permitiu que um grande numero de transistores fossem fabricados em um unico die baseado em semicondutor, ou "chip". No inicio apenas circuitos digitais nao especializados e muito basicos, tais como portas NOR foram miniaturizados em ICs. CPUs baseadas nestes IC de "blocos construidos" eram geralmente referidos como dispositivos de "integracao em pequena escala" (SSI, conforme iniciais em ingles). SSI ICs, tais como os usados no computador orientado Apollo, normalmente continham somas de transistores em multiplos de dez. Para construir uma CPU inteira fora dos SSI ICs eram necessarios milhares