CPU從內存或高速緩存中獲取指令，將其放入指令寄存器，并對指令進行解碼。它將指令分解為一系列微操作，然后發出各種控制命令來執行微操作序列，從而完成指令的執行。指令是計算機指定要執行的操作的類型和操作數的基本命令。指令由一個或多個字節組成，包括操作碼字段、與操作數地址相關的一個或多個字段，以及一些表示機器狀態的狀態字和特征碼。有些指令還直接包含操作數本身

摘錄

第一個階段是提取，從內存或緩存中檢索指令（作為值或一系列值）。存儲器的位置由程序計數器指定，該計數器存儲用于識別當前程序位置的值。換句話說，程序計數器記錄當前程序中CPU的軌跡。提取指令后，程序計數器根據指令長度增加存儲單元。指令的提取通常必須從相對較慢的內存中找到，導致CPU等待指令的輸入。這個問題主要在現代處理器的緩存和流水線結構中討論。

解碼

CPU根據從內存中提取的指令確定其執行行為。在解碼階段，指令被分解成有意義的片段。數字值根據CPU的指令集體系結構（ISA）定義解釋為指令。一些指令值是操作碼，指示要執行的操作。其他值通常為指令提供必要的信息，例如加法操作的操作目標。這樣的操作目標可以提供恒定值（即立即值）或空間地址值：由地址模式確定的寄存器或存儲器地址。在舊的設計中，CPU中的指令解碼部分是一個無法更改的硬件設備。

然而，在許多抽象而復雜的CPU和指令集體系結構中，微程序通常用于幫助將指令轉換為各種形式的信號。這些微程序通常可以在完成的CPU中重寫，以便于更改解碼指令。使生效在提取和解碼階段之后，它進入執行階段。在此階段，它連接到各種CPU組件，這些組件可以執行所需的操作。

例如，如果需要加法運算，算術邏輯單元（ALU）將連接到一組輸入和一組輸出。輸入提供要添加的值，輸出將包含求和的結果。Alu包含一個電路系統，便于輸出完成簡單的一般運算和邏輯運算（如加法和位運算）。

如果加法運算產生的結果對于CPU處理來說太大，則可以在標志寄存器中設置算術溢出標志。回信在最后一個階段，寫回，簡單地以某種格式寫回執行階段的結果。操作結果通常寫入CPU內部的寄存器，以便后續指令快速訪問。

在其他情況下，結果可能會寫入速度較慢、但更大、成本更低的主內存。某些類型的指令在程序計數器上運行，而不直接產生結果。這些通常被稱為“跳轉”，并將循環行為、條件執行（通過條件跳轉）和函數引入程序。

許多指令還更改標志寄存器的狀態位。這些標志可用于影響程序行為，因為它們通常顯示各種操作結果。例如，使用“比較”指令判斷兩個值的大小，并根據比較結果在標志寄存器上設置一個值。該標志可通過后續跳轉指令確定程序趨勢。執行指令并寫回結果后，程序計數器的值將增加，并重復整個過程。

下一個指令周期通常會提取下一條順序指令。如果跳轉指令完成，程序計數器將更改為跳轉到的指令地址，程序將繼續正常執行。許多復雜的CPU可以一次提取多條指令，對它們進行解碼，并同時執行它們。這一部分通常涉及“經典RISC流水線”，它實際上在許多使用簡單CPU（通常稱為微控制器）的電子設備中迅速普及。

基本結構

CPU包括算術邏輯單元、寄存器單元、控制單元等。

算術邏輯單元

算術邏輯單元可以執行定點或浮點算術運算、移位運算和邏輯運算，以及地址運算和轉換。

寄存器單元

寄存器組件，包括通用寄存器、專用寄存器和控制寄存器。通用寄存器可分為定點和浮點數。它們用于在指令中存儲寄存器操作數和運算結果。通用寄存器是CPU的重要組成部分。大多數指令必須訪問通用寄存器。通用寄存器的寬度決定了計算機內部數據路徑的寬度，端口的數量通常會影響內部操作的并行性。特殊寄存器是執行某些特殊操作所需的寄存器。控制寄存器通常用于指示機器的執行狀態或維護一些指針，包括處理狀態寄存器、地址轉換目錄的基址寄存器、特權狀態寄存器、條件代碼寄存器、異常處理寄存器和錯誤檢測寄存器。有時，CPU中有一些緩存來臨時存儲一些數據指令。緩存越大，CPU的運行速度就越快。目前市場上中高端CPU的二級緩存約為2m，高端CPU的二級緩存約為4m。