Central Processing Unit (CPU) adalah otak dari sebuah komputer. Ini menangani semua perhitungan pada sistem dengan melakukan satu perhitungan aritmatika pada satu waktu: penambahan, pengurangan, perkalian, atau pembagian. Atmega128® adalah unit mikrokontroler yang memanfaatkan kecepatan sekitar 1 juta instruksi per detik (MIPS) per megahertz (MHz) dari kecepatan clock. Ini berarti bahwa ketika berjalan pada 1.0MHz, chip tersebut dapat menghitung kira-kira satu juta solusi aritmatika setiap detik.
Di luar kecepatan clock mentahnya, CPU bukanlah apa-apa tanpa memorinya. Tanpa kemampuan untuk menyimpan data yang dihitung, solusi akan langsung hilang. Atmega128® berisi 128 kilobyte memori flash onboard, dan selain itu, berisi empat kilobyte memori elektronik yang dapat dihapus hanya-baca yang dapat diprogram (EEPROM). EEPROM menyimpan informasi sistem input output biner (BIOS) untuk komputer, tempat chip terpasang. BIOS bertindak sebagai sistem operasi tingkat rendah, mengontrol perangkat keras yang terhubung ke sistem.
Atmega128® menempel pada motherboard di sistem komputer. Jika CPU adalah otak dari sistem, motherboard adalah tulang punggung: semua komponen sistem komputer terhubung dengannya. Atmega128® terhubung ke motherboard melalui koneksi 64-pin. Ini berarti bahwa Atmega128® hanya kompatibel dengan motherboard yang mendukung koneksi 64-pin ini.
Seperti semua perangkat elektronik, Atmega128® membutuhkan aliran daya yang stabil untuk beroperasi. Ini berjalan pada tegangan 4.5 hingga 5.5 volt. Catu daya di komputer menyediakan daya ini, dan informasi yang diatur dalam BIOS sistem yang disimpan di EEPROM chip CPU menetapkan nilai tegangan tertentu.
Frekuensi operasi maksimum mikroprosesor Atmega128® adalah 16MHz. Sekali lagi, kecepatan spesifik chip biasanya diatur melalui BIOS unit. Secara umum, semakin cepat sebuah chip berjalan, semakin banyak daya dan panas yang dihasilkannya. Pada kecepatan 16MHz penuh, Atmega128® akan mampu mengeksekusi 16 juta instruksi per detik.
Selain membutuhkan tingkat tegangan tertentu, setiap chip CPU memiliki suhu operasi tertentu. Suhu yang lebih rendah dari minimum akan mencegah sinyal elektronik mengalir melalui chip dan suhu yang lebih tinggi dari maksimum akan merusak chip itu sendiri, sehingga sinyal tidak mungkin lewat. Kisaran Atmega128® adalah dari -40 hingga 85 derajat Celcius (-40 hingga 185 Fahrenheit). Namun, seperti semua elektronik, berjalan lebih ke arah ujung bawah skala itu akan memperpanjang masa pakai chip.