Основной процессор фактически является встроенным микрокомпьютером,
отвечающим за прием и выполнение команд, буферизацию и обработку
данных - кодирование, декодирование, сжатие/распаковку и т.п., а также
за управление сигнальным процессором. В большинстве модемов
используются специализированные процессоры на основе типовых наборов
микросхем, а в некоторых (US Robotics, ZyXEL) - процессоры общего
назначения (Intel, Zilog, Motorola).

Сигнальный процессор (DSP, Digital Signal Processor - цифровой
сигнальный процессор) и модулятор/демодулятор занимаются
непосредственно операциями с сигналом - модуляцией/демодуляцией,
разделением частотных полос, подавлением эхо и т.п. В качестве таких
процессоров также используются либо специализированные,
ориентированные на конкретный набор способов и протоколов модуляции
(AT&T, Rockwell, Exar), либо универсальные со сменной микропрограммой
(например, TMS), позволяющие впоследствии дорабатывать и изменять
алгоритмы работы.

В зависимости от типа и сложности модема основная интеллектуальная
нагрузка смещается в сторону DSP или модулятора/демодулятора. В
низкоскоростных (300..2400 бит/с) модемах основную работу выполняет
модулятор/демодулятор, в скоростных (4800 бит/с и выше) - DSP.

В ПЗУ хранятся программы для основного и сигнального процессоров
(firmware). ПЗУ может быть однократно программируемым (PROM),
перепрограммируемым со стиранием ультрафиолетом (EPROM) или
перепрограммируемым электрически (EEPROM, Flash ROM). Последний тип
ПЗУ позволяет оперативно менять прошивки по мере исправления ошибок
или появления новых возможностей.

ОЗУ используется в качестве временной памяти при работе основного и
сигнального процессоров; оно может быть как раздельным, так и общим. В
ОЗУ хранится также текущий набор параметров модема (active profile).

В NVRAM хранятся сохраненные наборы параметров модема (stored
profiles), один из которых загружается в текущий набор при каждом
включении или сбросе. Обычно имеется два сохраненных набора - основной
(profile 0) и дополнительный (profile 1). По умолчанию для
инициализации используется основной набор, но есть возможность
переключиться на дополнительный. Ряд модемов имеет более двух
сохраненных наборов.

Схемы согласования с линией включают разделительный трансформатор для
передачи сигнала, оптопару для опознания сигнала звонка (Ring), реле
подключения к линии ("поднятия трубки", off-hook) и набора номера, а
также элементы создания нагрузки в линии и защиты от перенапряжений.
Вместо реле могут применяться бесшумные электронные ключи. В некоторых
модемах применяются дополнительные оптопары для контроля напряжения
линии. Подключение к линии и набор номера могут выполняться как одним,
так и раздельными ключами.

На динамик (speaker) выводится усиленный сигнал с линии для слухового
контроля ее состояния. Динамик может быть включен на время набора
номера и соединения, во время всего соединения, а также отключен
совсем.