L'esecuzione delle operazioni aritmetiche e logiche viene svolta all'interno dell'unità centrale mediante circuiti a tubi elettronici, il cui impiego costituisce la caratteristica tecnologica che contraddistingue gli elaboratori della cosiddetta "1a generazione". Il tubo a vuoto, noto anche come "valvola", è nella forma più semplice un'ampolla di vetro in cui è stato praticato il vuoto e che contiene i due capi di un circuito elettrico: a seconda della tensione applicata, il tubo consente o meno il passaggio degli impulsi elettrici, indicando casi convenzionalmente i simboli 1 e 0. Questa funzione, analoga a quella di un semaforo che regola il passaggio delle automobili secondo che sia intervenuto o no un segnale di "via libera", era svolta nei calcolatori elettromeccanici dai relè: il tempo di scambio di un tubo a vuoto è però solamente di qualche milionesimo di secondo, contro i centesimi di secondo richiesti dall'apertura o chiusura di un relè.
