Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) είναι ο εγκέφαλος ενός υπολογιστή. Χειρίζεται όλους τους υπολογισμούς στο σύστημα εκτελώντας έναν αριθμητικό υπολογισμό τη φορά: πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό ή διαίρεση. Το Atmega128® είναι μια μονάδα μικροελεγκτή που χρησιμοποιεί ταχύτητες περίπου 1 εκατομμυρίου εντολών ανά δευτερόλεπτο (MIPS) ανά megahertz (MHz) ταχύτητας ρολογιού. Αυτό σημαίνει ότι όταν λειτουργεί στα 1.0 MHz, το τσιπ μπορεί να υπολογίσει περίπου ένα εκατομμύριο αριθμητικές λύσεις κάθε δευτερόλεπτο.
Πέρα από την ακατέργαστη ταχύτητα ρολογιού του, μια CPU δεν είναι τίποτα χωρίς τη μνήμη της. Χωρίς τη δυνατότητα αποθήκευσης των υπολογισμένων δεδομένων, οι λύσεις θα χάνονταν αμέσως. Το Atmega128® περιέχει 128 kilobyte ενσωματωμένης μνήμης flash, και επιπλέον, περιέχει τέσσερα kilobyte ηλεκτρονικής διαγραφόμενης προγραμματιζόμενης μόνο για ανάγνωση μνήμης (EEPROM). Το EEPROM αποθηκεύει τις πληροφορίες του συστήματος δυαδικής εξόδου εισόδου (BIOS) για τον υπολογιστή, στον οποίο είναι συνδεδεμένο το τσιπ. Το BIOS λειτουργεί ως λειτουργικό σύστημα χαμηλού επιπέδου, που ελέγχει το υλικό που είναι συνδεδεμένο στο σύστημα.
Το Atmega128® συνδέεται στη μητρική πλακέτα του συστήματος υπολογιστή. Εάν η CPU είναι ο εγκέφαλος του συστήματος, η μητρική πλακέτα είναι η σπονδυλική στήλη: όλα τα στοιχεία του συστήματος του υπολογιστή συνδέονται με αυτήν. Το Atmega128® συνδέεται με τη μητρική πλακέτα μέσω σύνδεσης 64 ακίδων. Αυτό σημαίνει ότι το Atmega128® είναι συμβατό μόνο με μητρικές που υποστηρίζουν αυτήν τη σύνδεση 64 ακίδων.
Όπως συμβαίνει με όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές, το Atmega128® απαιτεί μια σταθερή εισροή ισχύος για να λειτουργήσει. Λειτουργεί με τάση 4.5 έως 5.5 βολτ. Το τροφοδοτικό στον υπολογιστή παρέχει αυτήν την ισχύ και το σύνολο πληροφοριών στο BIOS του συστήματος που είναι αποθηκευμένο στο EEPROM του τσιπ της CPU ορίζει τη συγκεκριμένη τιμή της τάσης.
Η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας του μικροεπεξεργαστή Atmega128® είναι 16MHz. Και πάλι, η συγκεκριμένη ταχύτητα του τσιπ ρυθμίζεται συνήθως μέσω του BIOS της μονάδας. Γενικά, όσο πιο γρήγορα λειτουργεί ένα τσιπ, τόσο περισσότερη ενέργεια και θερμότητα παράγει. Με την πλήρη ταχύτητα των 16 MHz, το Atmega128® θα είναι σε θέση να εκτελεί 16 εκατομμύρια εντολές ανά δευτερόλεπτο.
Εκτός από την απαίτηση συγκεκριμένου επιπέδου τάσης, κάθε τσιπ CPU έχει μια συγκεκριμένη θερμοκρασία λειτουργίας. Θερμοκρασίες χαμηλότερες από την ελάχιστη θα εμποδίσουν τα ηλεκτρονικά σήματα να ρέουν μέσα από το τσιπ και θερμοκρασίες υψηλότερες από τη μέγιστη θα παραμορφώσουν το ίδιο το τσιπ, καθιστώντας αδύνατη τη διέλευση σημάτων. Το εύρος του Atmega128® είναι από -40 έως 85 βαθμούς Κελσίου (-40 έως 185 Φαρενάιτ). Ωστόσο, όπως συμβαίνει με όλα τα ηλεκτρονικά, το τρέξιμο περισσότερο προς το κάτω άκρο αυτής της κλίμακας θα παρατείνει την ωφέλιμη ζωή του τσιπ.