Procesory by sme mohli ohodnotiť podľa niekoľkých základných parametrov, ktoré si vysvetlíme: Procesory sa rozdeľujú predovšetkým podľa rýchlosti. Tá sa udáva v hertzoch (Hz) a môže dosahovať typické hodnoty od jednotiek Hz až do cca 650 MHz i viac. Ako sa táto rýchlosť zisťuje? Procesor počítača je synchrónne zariadenie, ktoré pracuje podľa hodinových kmitov generovaných kryštálom a generátorom frekvencie na základnej doske. Behom jedného kmitu procesor vykoná jednu operáciu. Ak je procesor schopný pracovať s vyššou frekvenciou týchto hodinových kmitov, vykoná za jednu sekundu viac operácií, teda bude vykazovať vyšší výkon oproti rovnakému typu procesora pracujúceho na nižšej frekvencii. Výkon procesora je samozrejme veľmi výrazne závislý na návrhu integrovaného obvodu, spínacích rýchlostiach tranzistorov tohto obvodu a na hustote ich integrácie, teda inými slovami na generácii procesora. Menej seriózne materiály o benchmarkoch a výkonoch rôznych procesorov mnohokrát porovnávajú neporovnateľné, teda dva typy procesorov taktovaných na rôznej frekvencii. S obľubou sa týkali hlavne testov procesorov Intel Pentium, ktoré porovnávali s procesormi AMD K-6. Samozrejme, pri týchto testoch vychádza obyčajne ako víťaz procesor pracujúci na vyššej frekvencii (i keď aj tu sú výnimky možné).
Ďalší významný parameter predstavuje efektivita mikrokódu. Ide o efektivitu, s ktorou sú napísané jednotlivé mikroprogramy vykonávajúce jednotlivé inštrukcie procesora. Jednoducho povedané, je to počet krokov potrebných na vykonanie jednej inštrukcie (napríklad sčítanie alebo násobenie dvoch čísel). Bližšie sa o tom dozviete v kapitole o procesoroch typu RISC a CISC (trochu nižšie).
Nasledujúci parameter je prítomnosť alebo neprítomnosť špeciálnej jednotky - numerického koprocesora, ktorý slúži k priamemu vykonávaniu výpočtov v pohyblivej desatinnej čiarke (floating point operations). V starších typoch procesorov (8086, 80286, 80386), ktoré neboli touto jednotkou vybavené, sa množstvo matematických operácií muselo emulovať softvérovo, čím sa výrazne znižoval výpočtový výkon počítača ako celku. Všetky novšie procesory od typu 80486 už majú túto jednotku v mikroprocesore, pri starých typoch bolo možné obyčajne koprocesor doplniť do počítača ako samostatný obvod. Ako by sa však mohlo zdať na prvý pohľad, koprocesor neslúži iba na matematické výpočty v nejakom tabuľkovom kalkulátore, dnes má čoraz vyšší význam - využíva sa predovšetkým v modernej grafike a 3D hrach. Práve kvalita procesora je hlavnou príčinou, prečo procesory firmy Intel boli vždy výkonnejšie ako ich konkurenti. Na tomto mieste by sme si mohli pripomenúť ďalšie konštrukčné zdokonalenie procesora o nové typy inštrukcií, tzv. MMX inštrukcie. Tieto inštrukcie slúžia najmä pri práci s multimédiami a prvýkrát sa objavili v mikroprocesore Intel Pentium MMX. Postupne došlo k rozšíreniu a podrobnejšie si o nich povieme pri príslušných mikroprocesoroch.
Ďalším dôležitým faktorom je počet inštrukčných kanálov udávajúci maximálny počet inštrukcií, ktoré je možné vykonávať v jednom takte procesora (superskalárna architektúra).
Parametrom, ktorý zaiste pozná každý užívateľ počítača, je tzv. šírka slova. Tento parameter určuje, aké najväčšie číslo (maximálny počet bitov) dokáže procesor spracovať počas jednej operácie. Šírka slova sa udáva práve v počtoch bitov. Procesor, ktorý má šírku slova 8 bitov teda dokáže v jednej inštrukcii manipulovať s číslom uloženým maximálne na ôsmich bitoch (teda s číslom z intervalu 0 - 255). Takýto procesor a odôvodnene aj sám počítač sa označuje ako osembitový. Analogicky existujú procesory 16 bitové, 32 bitové, 64bitové.
Šírka prenosu dát je parametrom, ktorý sa niekedy zamieňa s predchádzajúcou šírkou slova. Nezávisle od šírky slova, ktoré je procesor schopný spracovať v jednej inštrukcii, je nutné tieto čísla do procesora dodávať alebo z neho odoberať. Šírka prenosu dát určuje, aké maximálne číslo môže byť behom jednej operácie prenesené z alebo do procesora. Udáva sa v bitoch a je dané veľkosťou dátovej zbernice procesora, ktorá slúži práve na tieto presuny dát. Čím je šírka dátovej zbernice väčšia, tým je väčšia i šírka prenosu, a tým je možné za kratší čas preniesť väčšie množstvo dát.
Stále vyššie taktovanie procesov si vyžiadalo interná pamäť cache, a tým i nutnosť prispôsobenia prístupovej doby pamäte, kde sú ukladané výsledky spracované procesorom. Konvenčná operačná pamäť vďaka vysokej prístupovej dobe zďaleka nestačí procesorom a tak je nutné niektoré výsledky dočasne uchovávať v tzv. internej pamäti cache (L1 cache), ktorá je súčasťou procesora. Prvýkrát sa táto pamäť objavila pri procesore Intel 80486, bola spoločná pre dáta i inštrukcie a mala veľkosť 8 KB. Neskoršie pri procesore Intel Pentium mala pamäť L1 cache už veľkosť 16 KB, z toho 8 KB pre dáta a 8 KB pre inštrukcie. Pri novších typoch procesorov sa veľkosť tejto pamäte zväčšovala, no jej rapídnemu zväčšovaniu bráni vysoká cena a prácnosť pri návrhu takéhoto procesora. Povieme si o nej bližšie pri konkrétnych procesoroch. Od pamäte L1 cache sa odlišuje pamäť L2 či L3 cache, ktorá slúži tým istým účelom (skrátenie prístupovej doby k operačnej pamäti počítača a zefektívnenie jeho práce), konštrukčne však vychádza z iných princípov. Všeobecne má cache pamäť podstatne menšiu kapacitu (8 KB pri L1 až 1MB pri L2) a je realizovaná pomocou rýchlych statických pamätí. Jej zvýšenie nad 1 MB prakticky nie je účinné a nijako zvlášť nezvyšuje výkon.
Posledným parametrom je veľkosť adresovateľnej pamäte, ktorá udáva veľkosť operačnej pamäte, ktorú je procesor schopný používať. V programe býva táto hodnota zadaná ako logická (virtuálna) adresa. Táto virtuálna adresa sa potom určitým mechanizmom, ktorý je závislý na konkrétnom type procesora, postupne prepočítava na tzv. fyzickú adresu, ktorá je adresou poukazujúcou na konkrétnu pamäťovú bunku v operačnej pamäti. Bežná maximálna veľkosť adresovateľnej pamäte je 4 GB. Táto veľkosť zasa priamo súvisí so šírkou adresovej zbernice procesora, preto procesory s 8 bitovou adresovou zbernicou mali veľkosť adresovateľnej pamäte iba 64 KB, bežné súčasné procesory s 32 bitovou adresovou zbernicou majú túto veľkosť práve 4 GB.
Približne v období 32 bitových obvodov sa objavili dve súperiace koncepcie RISC a CISC. RISC znamená Reduced Instruction Set Computer a CISC znamená Complete Instruction Set computer. Rozdiel medzi obidvoma koncepciami nie je malý. Inštrukčná súprava moderných mikroprocesorov (od Pentia vyššie) je natoľko komplikovaná, že v podstate nie je možné vytvoriť priamy logický obvod, ktorý by tieto inštrukcie dokázal interpretovať. Mikroprocesory s kompletnou inštrukčnou súpravou (CISC) preto pracujú ako dvojúrovňové obvody - jadrom mikroprocesora je logický obvod, ktorý dokáže spracovať súpravu pomerne jednoduchých mikroinštrukcií a druhú úroveň tvorí program napísaný v mikroinštrukciách, ktorý zabezpečí interpretáciu skutočných inštrukcií mikroprocesora.
Tvorcovia koncepcie RISC vychádzajú z predpokladu, že táto druhá úroveň je zbytočná. Ak máme veľmi výkonný logický obvod, ktorý dokáže spracovať nejakú súpravu inštrukcií (tj. Mikroinštrukcie), nie je dôvod programovať procesor s redukovanou inštrukčnou súpravou (RISC). Samozrejme jednu inštrukciu vykoná oveľa rýchlejšie ako procesor CISC (ktorý na vykonanie jednej inštrukcie musí zbehnúť celý program zložený z mikroinštrukcií). Navyše je procesor typu RISC oveľa jednoduchší, môže byť preto lacnejší a obyčajne pracuje aj na vyššej frekvencii. Nie je to však také jednoduché, ako by sa to zdalo. Procesory RISC disponujú veľmi nepohodlnou a obmedzenou inštrukčnou súpravou. Hoci dnes málokto programuje v assembleri, táto skutočnosť sa prejaví vo veľkosti a optimalizácii všetkých programov. Ak na vykonanie nejakej úlohy máme pri procesore CISC k dispozícii jednu inštrukciu, ktorá pri moderných procesoroch zaberie jeden hodinový takt, pri RISC procesore musíme použiť celý súbor inštrukcií, a tak sa nám hlavná výhoda procesorov RISC začína ako si strácať. Teraz sme sa dotkli práve vlastnosti, ktorá sa objavila prvýkrát pri procesore Pentium, čo je procesor CISC, ktorý disponuje niektorými prvkami architektúry RISC (najčastejšie inštrukcie zabezpečuje priamo logický obvod a nie mikroprogram a iné). Ukazuje sa, že práve táto cesta je najviac perspektívna. Už procesor 80486 bol vyhotovený tak, aby niektoré inštrukcie trvali iba jeden hodinový takt.
Superskalárna architektúra je ďalšia zbraň proti procesorom RISC. Znamená to, že mikroprocesor dokáže spracovať viac inštrukcií naraz. Toto je možné dosiahnuť niekoľkými spôsobmi. Asi najlepšie riešenie je taký návrh procesora, pri ktorom môžu jeho jednotlivé časti pracovať nezávisle na sebe. Procesor Intel Pentium obsahuje napríklad dve aritmetické jednotky a vďaka tomu je schopný za určitých okolností spracovať dve jednoduché inštrukcie naraz. Jednotka celočíselnej aritmetiky, jednotka neceločíselnej aritmetiky a obvod na vyhodnocovanie riadiacich inštrukcií procesora PowerPC sú zostavené tak, že každá z týchto jednotiek môže spracovať inštrukcie nezávisle na ostatných. V praxi však takéto riešenie nie je jednoduché (problémy s prístupmi viacerých jednotiek do pamäte a práca s dátami, problémy so stavovými registrami a iné), a preto takéto procesory bývajú konštrukčne veľmi zložité (špeciálne porovnávacie obvody, množstvo dátových a stavových registrov a iné).
Každý procesor dokáže pracovať s dátami uloženými vo vonkajšej pamäti. Okrem toho má však každý mikroprocesor nejakú vlastnú internú pamäť organizovanú do tzv. registrov. Počet registrov a ich úlohy sa líšia podľa konkrétnych procesorov. Najčastejšie sa stretneme s týmito registrami:
Akumulátor - je to univerzálny register na vykonávanie potrebných operácií. Ak chceme vykonať nejakú operáciu, napríklad nastaviť piaty bit zvoleného bajtu v niektorej bunke operačnej pamäte, musíme požadovaný bajt najprv zaviesť z pamäte do akumulátora, potom vykonáme príslušnú operáciu a nakoniec výsledok prenesieme späť do pamäte. Moderné procesory uľahčujú život programátorom tak, že obsahujú niekoľko akumulátorov alebo dokážu spracovať dáta priamo v pamäti.
Indexový register - obsahuje adresu, slúži ako ukazovateľ do pamäte na dáta, ktoré bude procesor spracovávať. Pri osembitových procesoroch bol teda 8 bitový, pri 32 bitových je buď 32 bitový (Motorola), alebo používa triky na výpočet tejto adresy (Intel). Moderné mikroprocesory používajú špeciálne adresové režimy (Motorola, PowerPC) alebo špeciálne inštrukcie (Intel), ktoré dovolia pracovať s indexovým registrom v režime autoinkrementácie alebo autodekrementácie. To znamená, že po spracovaní dát, na ktoré ukazuje indexový register, sa adresa v ňom uložená automaticky zvýši alebo zníži tak, že register ukazuje automaticky na ďalší údaj.
Ukazovateľ zásobníka - je to špeciálny prípad indexového registra, ktorý je využívaný mikroprocesorom na uschovanie návratovej adresy pri volaní podprogramu. Pre programátora môže byť ukazovateľ zásobníka priamo k dispozícii. V prípade nesprávneho údaja v ukazovateli zásobníka samozrejme procesor bude pokračovať na chybnom mieste v programe.
Čítač programu - ten obyčajne pre programátora nebýva priamo k dispozícii. Ide o interný register mikroprocesora, ktorý obsahuje adresu práve spracovávanej inštrukcie. Obsah tohto registra môže programátor meniť nepriamo pomocou inštrukcií skoku alebo volania a návratu z podprogramu.
Stavový register (príznakový register) - súvisí s mechanizmom, ktorý mikroprocesory používajú na podmienené spracovanie inštrukcií. Väčšina spracovávaných inštrukcií totiž podľa výsledku svojej operácie nastaví presne určený bit v stavovom registri (napr. bit s názvom ZERO FLAG (ZF) je nastavený práve vtedy, ak posledná aritmetická inštrukcia mala nulový výsledok). Inštrukcie skoku a niektoré iné inštrukcie je teda možné podmieniť momentálnym nastavením jednotlivých bitov stavového registra.