CPU的內部結構分爲控制單元，邏輯單元和存儲單元三大部分。CPU的性能大致上反映出了它所配置的那部微機的性能，因此CPU的性能指標十分重要。CPU主要的性能指標有以下幾點：
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的性能。至於外頻就是系統總線的工作頻率;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
內存總線的速度對整個系統性能來說很重要，由於內存速度的發展滯後於CPU的'發展速度，爲了緩解內存帶來的瓶頸，所以出現了二級緩存，來協調兩者之間的差異，而內存總線速度就是指CPU與二級(L2)高速緩存和內存之間的工作頻率。
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爲5V，發展到奔騰586時，已經是 3.5V/3.3V/2.8V了，隨着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序規定的順序分開發送給各相應電路單元處理的技術。分枝是指程序運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序運行方向是否改變，因此需要“分枝預測”技術處理的是條件分枝。
五、L1高速緩存
在CPU裏面內置了高速緩存可以提高CPU的運行效率。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩衝存儲器均由靜態 RAM組成，結構較複雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。採用回寫結構的高速緩存。它對讀和寫操作均有可提供緩存。而採用寫通結構的高速緩存，僅對讀操作有效。在486以上的計算機中基本採用了回寫式高速緩存。
六、L2高速緩存
PentiumPro處理器的L2和CPU運行在相同頻率下的，但成本昂貴，所以PentiumII運行在相當於CPU頻率一半下的，容量爲512K。爲降低成本Intel公司曾生產了一種不帶L2的CPU名爲賽揚。
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的集成度和工作頻率。
八、協處理器或者叫數學協處理器
在486以前的CPU裏面，是沒有內置協處理器的。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的浮點運算性能都相當落後，自從486以後，CPU一般都內置了協處理器，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“多媒體擴展指令集”的縮寫。MMX是Intel公司在1996年爲增強PentiumCPU在音像、圖形和通信應用方面而採取的新技術。爲CPU新增加57條MMX指令，把處理多媒體的能力提高了60%左右。
