CPU的內部結構分為控制單元，邏輯單元和儲存單元三大部分。CPU的效能大致上反映出了它所配置的那部微機的效能，因此CPU的效能指標十分重要。CPU主要的效能指標有以下幾點：
一、主頻
一個時鐘週期完成的指令數是固定的，所以主頻越高，CPU的速度也就越快了。不過由於各種CPU的內部結構也不盡相同，所以並不能完全用主頻來概括CPU的效能。至於外頻就是系統匯流排的工作頻率;而倍頻則是指CPU外頻與主頻相差的倍數。用公式表示就是：主頻=外頻×倍頻。我們通常說的賽揚 433、PIII550都是指CPU的主頻而言的。
二、外頻
記憶體匯流排的速度對整個系統性能來說很重要，由於記憶體速度的發展滯後於CPU的'發展速度，為了緩解記憶體帶來的瓶頸，所以出現了二級快取，來協調兩者之間的差異，而記憶體匯流排速度就是指CPU與二級(L2)快取記憶體和記憶體之間的工作頻率。
三、工作電壓
工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。早期CPU由於工藝落後，它們的工作電壓一般為5V，發展到奔騰586時，已經是 3.5V/3.3V/2.8V了，隨著CPU的製造工藝與主頻的提高，CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢，Intel最新出品的Coppermine已經採用1.6V的工作電壓了。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題，這對於筆記本電腦尤其重要。
四、亂序執行和分枝預測
亂序執行是指CPU採用了允許將多條指令不按程式規定的順序分開發送給各相應電路單元處理的技術。分枝是指程式執行時需要改變的節點。分枝有無條件分枝和有條件分枝，其中無條件分枝只需要CPU按指令順序執行，而條件分枝則必須根據處理結果再決定程式執行方向是否改變，因此需要“分枝預測”技術處理的是條件分枝。
五、L1快取記憶體
在CPU裡面內建了快取記憶體可以提高CPU的執行效率。內建的L1快取記憶體的容量和結構對CPU的效能影響較大，不過高速緩衝儲存器均由靜態 RAM組成，結構較複雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級快取記憶體的容量不可能做得太大。採用回寫結構的快取記憶體。它對讀和寫操作均有可提供快取。而採用寫通結構的快取記憶體，僅對讀操作有效。在486以上的計算機中基本採用了回寫式快取記憶體。
六、L2快取記憶體
PentiumPro處理器的L2和CPU執行在相同頻率下的，但成本昂貴，所以PentiumII執行在相當於CPU頻率一半下的，容量為512K。為降低成本Intel公司曾生產了一種不帶L2的CPU名為賽揚。
七、製造工藝
PentiumCPU的製造工藝是0.35微米，PII和賽揚可以達到0.25微米，最新的CPU製造工藝可以達到0.18微米，並且將採用銅配線技術，可以極大地提高CPU的整合度和工作頻率。
八、協處理器或者叫數學協處理器
在486以前的CPU裡面，是沒有內建協處理器的。由於協處理器主要的功能就是負責浮點運算，因此386、286、8088等等微機CPU的浮點運算效能都相當落後，自從486以後，CPU一般都內建了協處理器，協處理器的功能也不再侷限於增強浮點運算。現在CPU的浮點單元往往對多媒體指令進行了優化。比如Intel的MMX技術，MMX是“多媒體擴充套件指令集”的縮寫。MMX是Intel公司在1996年為增強PentiumCPU在音像、圖形和通訊應用方面而採取的新技術。為CPU新增加57條MMX指令，把處理多媒體的能力提高了60%左右。
