একইসাথে ছোট ছোট ট্রানজিষ্টরের ব্যবহারিক ক্ষমতা বৃদ্ধি পাওয়ায় একটি মাত্র সিপিইউতে জটিলতর ও সংখ্যায় অধিক হারে তা ব্যবহার করা হয়
এই ব্যাপক প্রবণতাকে মুর নীতি হিসেবে আখ্যায়িত করা হয় যা ন্যায়সঙ্গতভাবে সিপিইউর বৃদ্ধি ও জটিলতর হওয়ার পূর্বাভাষ দেওয়ায় প্রমাণিত হয়েছে
সিপিইউর জটিলতা আকৃতি নির্মানবিদ্যা এবং সাধারন আকারে যেসব পরিবর্তন হয়েছে তা নকশা আর কার্যপ্রনালীতে আসেনি
এখনকার প্রায় সব সিপিইউকে ভন নিউম্যানের সংরক্ষন প্রোগ্রাম যন্ত্র বলা যায়
উপরে যে মুর নীতির কথা বলা হয়েছে তা সত্য হওয়ার পাশাপাশি এখন সমন্বিত সার্কিটের সীমাবদ্ধতার কথাও ভাবা হচ্ছে
বৈদ্যুতিক গেটগুলোর সুক্ষ সংক্ষিপ্তকরনের ফলে ইলেক্ট্রোমাইগ্রেশন এবং সাবথ্রেসহোল্ড লিকেজগুলো গুরুত্বপূর্ন হয়ে উঠছে
এই সব সমস্যার পাশাপাশি আরো অনেক সমস্যা ও সীমাবদ্ধতার কারণে বিজ্ঞানিদের কাছে এখন কোয়ান্টাম কম্পিউটার পদ্ধতির গণনা গবেষনার বিষয়বস্তু হয়ে উঠেছে
একই সাথে অন্যান্য পদ্ধতি যেমন সামন্তরিকরনের মাধ্যমে ভন নিউম্যানের মডেলকে সম্প্রসারনের কথা ভাবা হচ্ছে
সিপিইউ যে আকারেরই হোক না কেন তাদের কাজ হল নির্দেশিত নির্দেশনাগুলো নির্বাহ করা যাকে প্রোগ্রাম বলা হয়
নির্দেশনাগুলো কম্পিউটারের স্মৃতিতে রাখা হয়
তিন ধাপে প্রায় প্রত্যেকটি সিপিইউ কাজ করে সেগুলো হল নির্দেশনা আনায়ন নির্দেশনার অর্থোদ্ধার এবং নির্বাহ করা
কোন নির্দেশনা নির্বাহ করার পরপরবর্তী নির্দেশনার ক্ষেত্রে একই প্রক্রিয়া পুনরায় হয় সাধারনত পরবর্তী নির্দেশনা আনায়ন করার মধ্য দিয়ে এটা শুরু হয়
যদি কোন জাম্প নির্দেশনা নির্বাহ করা হয় প্রোগ্রাম কাউন্টার পরিবর্তন করা হয় যাতে এটি নির্দেশনার ঠিকানা বহন করে যেখানে জাম্প করতে হবে এবং প্রোগ্রামটি নির্বাহ চালিয়ে যেতে থাকে
জটিল নকশার সিপিইউগুলোতে একাধিক নির্দেশনা আনায়ন অর্থোদ্ধার ও নির্বাহ করা হয় একই সাথে
বনর্নার এই অংশে ক্লাসিক আরআইএসসি পাইপলাইন কি তাকে বুঝানো হচ্ছে যেটা কিনা অনেক বৈদ্যুতিক যন্ত্রাংশে খুবই সাধারণ মানের সিপিইউতে ব্যবহৃত হয় প্রায়শই এক মাইক্রোকন্টোলার হিসেবে অভিহিত করা হয়
এটিতে সিপিইউ ক্যাশ থাকে না
কিছু নির্দেশনা নিজের কাজের জন্য প্রোগ্রাম কাউন্টার ব্যবহার করে সরাসরি ফলাফলের ডেটা উৎপাদন না করে এধরনের নির্দেশনাগুলোকে সাধারনত জাম্প বলা হয় এবং প্রোগ্রামকে সহজতর করে লুপ শর্তারোপিত নির্বাহ এবং কার্য সাধনের উপস্থিতির মত আচরন করে
কিছু প্রসেসরে অন্যান্য নির্দেশনাগুলো বিটসের অবস্থা পরিবর্তন করে ফ্ল্যাগস রেজিষ্টারে
এই ফ্ল্যাগগুলো দিয়ে প্রোগ্রামের আচরন পরিবর্তন করা যায়
প্রথম ধাপেটিতে স্মৃতি থেকে প্রোগ্রামের নির্দেশনা উদ্ধারের কাজ হয়
নির্দেশনাটি কোথায় থাকে তার ঠিকানা প্রোগ্রাম স্মৃতিতে থাকে আর সেটি প্রোগ্রাম কাউন্টার দিয়ে নির্নয় করা হয়
প্রোগ্রাম কাউন্টারে একটি সংখ্যা জমা থাকে যেটি ঠিকানাকে চিহ্নিত করে আর এভাবেই পরবর্তী নির্দেশনা কোথা থেকে আনতে হবে তা বোঝা যায়
নির্দেশনা আনার পরে প্রোগ্রাম কাউন্টার বর্ধন করা হয় তাদের নির্দেশনার দৈর্ঘ্য দিয়ে যাতে করে এটি পরবর্তী নির্দেশনাকে একের পর এক সাজাতে পারে
প্রায়শই যে নির্দেশনা আনায়ন করতে হবে তা থাকে কম গতি সম্পন্ন স্মৃতিতে যাতে সিপিইউ স্থির হয়ে অপেক্ষা করতে পারে নির্দেশনার ফেরত আসার জন্য
এই সমস্যাকে বর্তমানের প্রসেসরগুলোতে ক্যাশ এবং পাইপলাইন নকশার মাধ্যমে সমাধান করা হয়
যে নির্দেশনাটি সিপিইউ নিয়ে আসে সেটি থেকে সিপিইউ বুঝতে পারে তাকে কি করতে হবে
এই ধাপে নির্দেশনাটিকে ভেঙ্গে বিভিন্ন অংশে ভাগ করে গুরুত্ব অনুসারে সিপিইউর বিভিন্ন জায়গায় বন্টন করা হয়
কিভাবে সংখ্যার নির্দেশনাগুলো রূপান্তর করা হবে তা নির্ভর করে সিপিইউর নির্দেশনার সেট নকশার আইএসএ মাধ্যমে
নির্দেশনার মধ্যে একটি সংখ্যার দল থাকে যেগুলো নির্দেশ করে কি ধরনের ক্রীয়াকলাপ করা হবে
বাকি সংখ্যাগুলো সাধারনত নির্দেশনার জন্য কি তথ্য লাগবে তা প্রকাশ করে
যেমন যোগ করার জন্য অপারেন্ড দেয়া
অপারেন্ডগুলো হয় ধ্রুবক মান দিবে নাহলে কোন জায়গার মান দিবে কোন স্মৃতির ঠিকানা বা রেজিষ্টারের ঠিকানা
কিছু সিপিইউ নকশায় নির্দেশনা অর্থোদ্ধারকারীকে হার্ডওয়্যারড হিসেবে স্থাপন করে মানে সার্কিট অপরিবর্তনীয়
অন্যান্য ক্ষেত্রে একটি মাইক্রোপ্রোগ্রাম ব্যবহার করা হয় নির্দেশনা ভাষান্তর করে সিপিইউর বাহ্যিক সংকেতে পরিবর্তন করতে যা বহুমাত্রিক ক্লক পালসের সাথে ক্রমান্বয়ে ব্যবহার করা হয়
আবার কিছু ক্ষেত্রে যে স্মৃতিতে মাইক্রোপ্রোগ্রামটি থাকে তা পুনলিখন সম্ভব যার ফলে সিপিইউ কিভাবে নির্দেশনাগুলো অর্থোদ্ধার করবে তা পরিবর্তন করা যায়
নির্দেশনা আনায়ন ও অর্থোদ্ধারের পর সেগুলো নির্বাহ করা হয়
সিপিইউ নকশার উপর ভিত্তি করে এটি হয় একটি মাত্র ক্রিয়া হয় বা ক্রিয়ার ক্রমান্বয় হয়ে থাকে
প্রতিটি ক্রিয়ার ক্ষেত্রে সিপিইউর বিভিন্ন অংশ যেগুলো একে অপরের সাথে যুক্ত একসাথে কাজ করে বা আলাদা আলাদা প্রয়োজন অনুসারে কর্ম সাধন করে আর এতে করে ক্রিয়াটি শেষ হয়
প্রায় সব সময়ই ফলাফলগুলো অভ্যন্তরীন সিপিইউ রেজিষ্টারে লিখা হয় দ্রুত প্রবেশের জন্য পরবর্তী নির্দেশনা দ্বারা
অন্যান্য ক্ষেত্রে ফলাফলগুলো কম গতি সম্পন্ন প্রধান স্মৃতিতে লিখা হয় যেগুলো কম দামি এবং উচ্চ ধারণ ক্ষমতা সম্পন্ন
উদাহরনসরূপ যদি একটি যোগকরার নির্দেশনা পাওয়া যায় গাণিতিক যুক্তি অংশের ইনপুটগুলো কয়েক জোড়া অপারেন্ড উৎসের সাথে সংযুক্ত হয়
গাণিতিক যুক্তি অংশ যোগের কাজটি করে যাতে করে এর প্রদত্ত অপারেন্ড ইনপুট আউটপুট হিসেবে দেখা যায়
এবং গাণিতিক যুক্তির আউটপুট ভান্ডারের রেজিষ্টার বা স্মৃতি সাথে যুক্ত থাকে যা গণনাকার্যটির আউটপুট গ্রহণ করে
যখন ক্লক পালস হয় গননাকার্যটি স্টোরেজে পাঠানো হয় আর যদি গননা কার্যের ফলাফল বেশি বড় হয় তবে তাতে গাণীতিক ওভারফ্লো এর একটি চিহ্ন দেয়া হয়
সিপিইউ নকশায় নির্দেশনা সমষ্টি থাকে এতে সাধারন ক্রিয়ার তালিকা থাকে
এ ক্রিয়াগুলো হতে পারে দুই সংখ্যার যোগ বিয়োগ সংখ্যার তুলনা অথবা প্রোগ্রামের বিভিন্ন অংশে লাফিয়ে চলা
প্রত্যেকটি সাধারন ক্রিয়াকে প্রতিনিধিত্ব করে বিশেষ একটি বিটের ক্রম
ঐ বিশেষ ক্রিয়ার জন্য ক্রমকে অপকোড বলে
একটি কম্পিউটার প্রোগ্রামে নির্দেশনা নির্বাহ করার জন্য সিপিইউ অপকোডের পাশাপাশি যুক্তি ব্যবহার করে ঐ নির্দেশনার জন্য
সুতরাং একটি কম্পিউটার প্রোগ্রাম হল নির্দেশনার ক্রম এবং প্রত্যেকটি নির্দেশনার ক্রমে একটি অপকোড এবং যুক্তি থাকে
প্রত্যেকটি নির্দেশনার গাণিতিক ক্রিয়াগুলো প্রক্রিয়াকরন করা হয় গাণিতিক যুক্তি অংশে
গাণিতিক যুক্তি অংশ ব্যবহার করা ছাড়াও সিপিইউ স্মৃতি থেকে নির্দেশনা পড়া যুক্তিমূলক ডেটা স্মৃতি থেকে পড় এবং ফলাফল স্মৃতিতে লিখার পেছনে রয়েছে সিপিইউর ভূমিকা
অনেক সিপিইউ নকশায় নির্দেশনার সমষ্টি ক্রিয়া যা স্মৃতি থেকে স্থানান্তর করা হবে এবং গানিতিক কাজগুলো স্পষ্টতই ভাগ করে দেয়া থাকে
এই ক্ষেত্রে স্মৃতি থেকে স্থানান্তরিত ডেটা রেজিষ্টারে জমা হয় অন্যদিকে গাণিতিক ক্রিয়াটি রেজিষ্টারের ডেটার উপর কাজ করে এবং কাজ শেষে তা নতুন রেজিষ্টারে লিখে যার মান স্মৃতিতে নিয়ে যেতে অন্য আরেকটি ক্রিয়া সংগঠিত হয়
নিয়ন্ত্রন অংশের সার্কিট বৈদ্যুতিক সংকেত ব্যবহার করে কম্পিউটার সিস্টেমকে নির্দেশনা দেয় যাতে করে এটি সংরক্ষিত প্রোগ্রামের নির্দেশনা বহন করতে পারে
নিয়ন্ত্রন অংশ প্রোগ্রামের নির্দেশনা নির্বাহ করে না বরং সিস্টেমের অন্যান্য অংশগুলোকে নির্বাহ করার জন্য নির্দেশনা দেয়
নিয়ন্ত্রন অংশকে অবশ্যই গাণিতিকযুক্তিমূলক অংশ এবং স্মৃতি উভয়ের সাথে যোগাযোগ করতে হয়
গাণিতিক যুক্তি অংশ একটি ডিজিটাল সার্কিট যা পূর্ণসংখ্যার গণনা এবং বিট অনুসারে যুক্তি ক্রিয়া চালায়
এখানে প্রদত্ত ইনপুটগুলো হল শব্দের ডেটা যেগুলো পরিচালনা করা হবে অপারেন্ডে আগের ক্রিয়া থেকে অবস্থান তথ্য এবং নিয়ন্ত্রন অংশ থেকে একটি কোড যা নির্দেশ করবে কোন ক্রিয়াটি চালাতে হবে
যে ক্রিয়াটি নির্বাহ হবে তার উপর নির্ভর করে অপারেন্ডগুলো অভ্যন্তরীন সিপিইউ রেজিষ্টার বা বহিস্ত স্মৃতি থেকে আসে অথবা গাণিতিক যুক্তি তাৎক্ষনিকভাবে তা তৈরী করে নেয়
যখন সব ইনপুট সংকেতগুলো স্থাপিত এবং সঞ্চারিত হয় গাণিতিক যুক্তির মধ্য দিয়ে গাণিতিক যুক্তির আউটপুটে কার্য নির্বাহের ফলাফল দেখায়
শব্দের ডেটা হয়ত রেজিষ্টার বা স্মৃতিতে জমা হয় অবস্থান তথ্য যা সাধারনত বিশেষ অভ্যন্তরীন সিপিইউ রেজিষ্টারে যা এই উদ্দেশ্যে খালি রাখা হয় জমা হয়
প্রত্যেকটি সিপিইউ সংখ্যাবিষয়ক মানগুলোকে প্রকাশ করে বিশেষভাবে
উদাহরনসরূপ প্রথম দিকের কিছু ডিজিটাল কম্পিউটার সংখ্যাকে দশমিক সংখ্যায় প্রকাশ করত অন্যগুলো লক্ষনীয়ভাবে টারনারি সংখ্যায় মূল প্রকাশ করত
বর্তমানে প্রায় সব আধুনিক সিপিইউগুলো সংখ্যাকে বাইনারিতে প্রকাশ করে প্রত্যেকটি ডিজিটের সাথে দুইমানের বাস্তব পরিমাণ যেমন উচ্চ অথবা নিম্ন ভোল্টেজ থাকে
সংখ্যার প্রকাশের সাথে সাথে পূর্নসংখ্যার আকার এবং যথার্থতা জড়িত
বাইনারির সিপিইউ ক্ষেত্রে এটি পরিমাপ করা হয় বিটের সংখ্যা দিয়ে যা সিপিইউ প্রক্রিয়া করতে পারে একটি ক্রিয়াতেই যাকে সাধারনত ডাকা হয় শব্দের আকার বিটের প্রশস্ততা পূর্নসংখ্যার শুদ্ধতা অথবা পূর্নসংখ্যার আকার নামে
একটি সিপিইউর পূর্নসংখ্যার আকার নির্ধারন করে পূর্নসংখ্যার রেন্জের মানগুলোতে যার উপর এটি সরাসরি ক্রিয়াশীল থাকে
উদাহরন হিসেবে একটি বিটের সিপিইউ নিজের উদ্দেশ্য সাধনের জন্য সরাসরি পূর্নসংখ্যার পরিচালনা করতে পারে আট বিট দিয়ে এবং তা প্রকাশ করে
তাতে এর পৃথক পূর্ণসংখ্যার মানের রেঞ্জ থাকে টি
পূর্নসংখ্যার রেঞ্জ সিপিইউর স্মৃতির সরাসরি অবস্থান চেনার সংখ্যাকে প্রভাবিত করতে পারে