Keskusyksikkö (CPU) on tietokoneen aivot. Se käsittelee kaikki järjestelmän laskelmat suorittamalla yhden aritmeettisen laskelman kerrallaan: yhteenlasku, vähennys, kertolasku tai jako. Atmega128® on mikro-ohjainyksikkö, joka käyttää noin miljoonan käskynopeutta (MIPS) sekunnissa kellotaajuuden megahertsiä (MHz) kohti. Tämä tarkoittaa, että 1 MHz: n taajuudella siru voi laskea noin miljoona aritmeettista ratkaisua joka sekunti.
Raa’an kellonopeutensa lisäksi CPU ei ole mitään ilman muistia. Ilman kykyä tallentaa laskettuja tietoja ratkaisut menetetään välittömästi. Atmega128® sisältää 128 kilotavua sisäistä flash-muistia ja tämän lisäksi neljä kilotavua elektronista pyyhittävää ohjelmoitavaa vain muistia (EEPROM). EEPROM tallentaa binääritulon lähtöjärjestelmän (BIOS) tiedot tietokoneelle, johon siru on liitetty. BIOS toimii matalan tason käyttöjärjestelmänä, joka ohjaa järjestelmään liitettyä laitteistoa.
Atmega128® kiinnittyy tietokonejärjestelmän emolevyyn. Jos suoritin on järjestelmän aivot, emolevy on selkäranka: kaikki tietokonejärjestelmän komponentit ovat yhteydessä siihen. Atmega128® muodostaa yhteyden emolevyyn 64-nastaisen liitännän kautta. Tämä tarkoittaa, että Atmega128® on yhteensopiva vain emolevyjen kanssa, jotka tukevat tätä 64-nastaista yhteyttä.
Kuten kaikki elektroniset laitteet, myös Atmega128® vaatii tasaista virtaa toimiakseen. Se toimii 4.5-5.5 voltin jännitteellä. Tietokoneen virtalähde tarjoaa tämän tehon, ja CPU -sirun EEPROM -muistiin tallennetut järjestelmän BIOS -tiedot asettavat jännitteen ominaisarvon.
Atmega128® -mikroprosessorin suurin toimintataajuus on 16 MHz. Jälleen sirun erityinen nopeus asetetaan tyypillisesti yksikön BIOS: n kautta. Yleensä mitä nopeammin siru toimii, sitä enemmän tehoa ja lämpöä se tuottaa. Täydellä 16 MHz: n nopeudella Atmega128® pystyy suorittamaan 16 miljoonaa käskyä sekunnissa.
Sen lisäksi, että jokaisella CPU -sirulla on tietty jännitetaso, sillä on tietty käyttölämpötila. Minimiä alemmat lämpötilat estävät elektronisten signaalien kulkemisen sirun läpi, ja korkeammat lämpötilat vääristävät itse sirua, jolloin signaalien kulku on mahdotonta. Atmega128® -alue on -40 -85 astetta (-40 -185 Fahrenheit). Kuitenkin, kuten kaiken elektroniikan kohdalla, kulkeminen enemmän kohti asteikon alaosaa pidentää sirun käyttöikää.