Ядром будь-якої мікропроцесорної системи є мікропроцесор або просто процесор (від англійського processor). Перекласти на російську мову це слово краще за все як «обробник», так як саме мікропроцесор - це той вузол, блок, який виробляє всю обробку інформації всередині мікропроцесорної системи. Решта вузли виконують всього лише допоміжні функції: зберігання інформації (в тому числі і керуючої інформації, тобто програми), зв'язку з зовнішніми пристроями, зв'язку з користувачем і т.д. Процесор замінює практично всю «жорстку логіку», яка знадобилася б у випадку традиційної цифрової системи. Він виконує арифметичні функції (складання, множення і т.д.), логічні функції (зрушення, порівняння, маскування кодів і т.д.), тимчасове зберігання кодів (у внутрішніх регістрах), пересилання кодів між вузлами мікропроцесорної системи і багато іншого. Кількість таких елементарних операцій, які виконуються процесором, може досягати декількох сотень. Процесор можна порівняти з мозком системи.
Але при цьому треба враховувати, що всі свої операції процесор виконує послідовно. тобто одну за одною, по черзі. Звичайно, існують процесори з паралельним виконанням деяких операцій, зустрічаються також мікропроцесорні системи, в яких кілька процесорів працюють над одним завданням паралельно, але це поодинокі винятки. З одного боку, послідовне виконання операцій - безперечне достоїнство, так як дозволяє за допомогою всього одного процесора виконувати будь-які, найскладніші алгоритми обробки інформації. Але, з іншого боку, послідовне виконання операцій призводить до того, що час виконання алгоритму залежить від його складності. Прості алгоритми виконуються швидше складних. Тобто мікропроцесорна система здатна зробити все, але працює вона не дуже швидко, адже всі інформаційні потоки доводиться пропускати через один-єдиний вузол - мікропроцесор (рис. 1.3). У традиційній цифровій системі можна легко організувати паралельну обробку всіх потоків інформації, правда, ціною ускладнення схеми.
Мал. 1.3. Інформаційні потоки в мікропроцесорної системі.
Отже, мікропроцесор здатний виконувати безліч операцій. Але звідки він дізнається, яку операцію йому треба виконувати в даний момент? Саме це визначається керуючою інформацією, програмою. Програма представляє собою набір команд (інструкцій). тобто цифрових кодів, розшифрувавши які, процесор дізнається, що йому треба робити. Програма від початку і до кінця складається людиною, програмістом, а процесор виступає в ролі слухняного виконавця цієї програми, ніякої ініціативи він не проявляє (якщо, звичайно, справний). Тому порівняння процесора з мозком не дуже коректно. Він всього лише виконавець того алгоритму, який заздалегідь склав для нього людина. Будь-яке відхилення від цього алгоритму може бути викликано тільки несправністю процесора або яких-небудь інших вузлів мікропроцесорної системи.
Всі команди, що виконуються процесором, утворюють систему команд процесора. Структура і обсяг системи команд процесора визначають його швидкодію, гнучкість, зручність використання. Всього команд у процесора може бути від декількох десятків до декількох сотень. Система команд може бути розрахована на вузьке коло вирішуваних завдань (у спеціалізованих процесорів) або на максимально широке коло завдань (у універсальних процесорів). Коди команд можуть мати різну кількість розрядів (займати від одного до декількох байт). Кожна команда має свій час виконання, тому час виконання всієї програми залежить не тільки від кількості команд в програмі, але і від того, які саме команди використовуються.
Для виконання команд в структуру процесора входять внутрішні регістри, арифметико-логічний пристрій (АЛП, ALU - Arithmetic Logic Unit). мультиплексори, буфери, регістри та інші вузли. Робота всіх вузлів синхронізується загальним зовнішнім тактовим сигналом процесора. Тобто процесор являє собою досить складне цифровий пристрій (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Приклад структури найпростішого процесора.
Втім, для розробника мікропроцесорних систем інформація про тонкощі внутрішньої структури процесора не дуже важлива. Розробник повинен розглядати процесор як «чорний ящик», який у відповідь на вхідні і керуючі коди виробляє ту чи іншу операцію і видає вихідні сигнали. Розробнику необхідно знати систему команд, режими роботи процесора, а також правила взаємодії процесора з зовнішнім світом або, як їх ще називають, протоколи обміну інформацією. Про внутрішню структуру процесора треба знати тільки те, що необхідно для вибору тієї чи іншої команди, того чи іншого режиму роботи.