「中央处理器」（CPU）由「运算器」和「控制器」组成。

「控制器」计算机各部件执行程序的指令序列主要负责协调和控制，包括「取指」、「分析」和「执行」指令；

「运算器」的功能是对数据进行加工。CPU具体功能包括:

1. 指令控制。完成取指令、分析指令和执行指令的操作，即程序的顺序控制。
2. 操作控制。一个指令的功能通常是由多个操作信号的组合来实现的，从而控制这些部件单招指令的要求。
3. 时间控制。控制各种操作的时间。
4. 数据加工。对数据进行算术和逻辑运算。
5. 中断处理。处理计算机运行过程中的异常情况和特殊要求。

「运算器」接收从「控制器」对数据进行处理和处理的命令和相应的动作。「运算器」它是计算机处理数据的中心，主要由算术逻辑单元组成（ALU）、临时存储和累加存储器（ACC）、通用寄存器组、程序状态字寄存器（PSW）、移位器，计数器（CT）等组成。

算术逻辑单元

主要功能是算术/逻辑操作

暂存寄存器

临时存储从主存储中读取的数据不能存储在通用寄存器中，否则会损坏原始内容。临时存储寄存器对应用程序是透明的。

累加寄存器

是临时存储的通用寄存器ALU操作结果信息可作为加法操作的输入端。

通用寄存器组

如AX、BX、CX、DX、SP存储操作数(包括源操作数、目的操作数和中间结果)和各种地址信息。SP用来表示栈顶地址的堆栈指针。

编程状态字寄存器

保留由算术逻辑操作指令或测试指令结果建立的各种状态信息，如溢出标志（OF）、符号标志（SF）、零标志（ZF）、进位标志（CF）等。PSW参与并决定微操作的形成。

移位器

移位操作数或操作结果。

计数器

控制乘除操作步数。

「控制器」是整个系统的指挥中心，在「控制器」的控制下，「运算器」、「存储器」和「输入/输出设备」根据指令的要求，等功能部件构成有机整体，指挥全机协调工作。「控制器」基本功能是执行指令，执行每个指令的时间「控制器」实现了一组微操作。

「控制器」分为硬布线控制器和微程序控制器两种。

「控制器」程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、存储器地址寄存器（MAR）、存储数据寄存器（MDR）、由时序系统和微操作信号发生器组成。

MAR和MDR逻辑上属于存储器。

程序计数器

在主存中指出下一个指令的存储地址。CPU根据PC在主存中找到指令。由于程序中的指令通常是按顺序执行的，因此PC具有自增功能。

指令寄存器

保存正在执行的指令。

存储器地址寄存器

存储即将到来的主存单元的地址。

存储数据存储器

用于存储写入主存或读取主存的内容。

时序系统

由统一的时钟生成各种时序信号（CLOCK）分频得到。

微操作信号发生器

根据IR内容(指令)，PSW内容(状态信息)及时序列信号，产生控制整个计算机系统所需的各种控制信号，其结构包括组合逻辑和存储逻辑。

CPU内部寄存器可分为两类：

一类是用户可见的寄存器，可编程此类寄存器，如通用寄存器组、程序状态字寄存器；

另外一类是用户看不见的寄存器，对用户是透的，不可以对这类寄存器编程、如存储器地址寄

存器、存储器数据寄存器、指令寄存器等。

1. 当前指令地址送至存储器地址寄存器，记做: ( P C )   − >   M A R (PC) \ -> \ MAR (PC) −> MAR
2. CU发出控制信号，经过控制总线传到主存，这里是读信号，记做: 1   − >   R 1 \ -> \ R 1 −> R
3. 将MAR所指的主存中的内容经数据总线送入MDR，记做: M ( M A R )   − >   M D R M(MAR) \ -> \ MDR M(MAR) −> MDR
4. 将MDR中的内容（该从主存中取出的指令）送入IR，记做: ( M D R ) − > I R (MDR) -> IR (MDR)−>IR
5. CU发出控制信号，形成下一条指令地址，记做: ( P C ) + 1   − >   P C (PC) + 1 \ -> \ PC (PC)+1 −> PC

1. 将指令的地址码送入到MAR中，记做: A d ( I R )   − >   M A R Ad(IR) \ -> \ MAR Ad(IR) −> MAR或 A d ( M D R )   − >   M A R Ad(MDR) \ -> \ MAR Ad(MDR) −> MAR，从MDR或者IR取都可，当前周期内数据都是同一条指令。
2. CU发出控制信号，启动主存执行读操作，记做: 1   − >   R 1 \ -> \ R 1 −> R
3. 将MAR中所指的主存中的数据经过数据总线送入到MDR，记做: M ( M A R )   − >   M D R M(MAR) \ -> \ MDR M(MAR) −> MDR
4. 将有效地址送至指令的地址码字段，记做: M D R   − >   A d ( I R ) MDR \ -> \ Ad(IR) MDR −> Ad(IR)

执行周期的任务是根据IR中的指令字的操作码和操作数通过ALU操作产生执行结果，不同指令的执行周期操作不同。

中断：暂停当前任务去执行其他任务。为了可以恢复当前任务，所以需要保存断点。一般使用堆栈来保存断点，这里用SP表示栈顶地址。

1. CU控制SP减1，修改后的地址送入到MAR中，记做: ( P C ) − 1   − >   S P (PC) - 1 \ -> \ SP (PC)−1 −> SP， ( S P )   − >   M A R (SP) \ -> \ MAR (SP) −> MAR。本质上就是将断点存入到主存中的某个存储单元，假设其地址为a，则记做: a   − >   M A R a \ -> \ MAR a −> MAR。
2. CU发出控制信号，启动主存做写操作，记做: 1   − >   W 1 \ -> \ W 1 −> W
3. 将断点（PC内容）送入到MDR，记做: ( P C )   − >   M D R (PC) \ -> \ MDR (PC) −> MDR
4. CU控制将中断程序的入口地址（由向量地址形成部件产生）送入到PC，记做: 向 量 地 址   − >   P C 向量地址 \ -> \ PC 向量地址 −> PC

「数据通路」：数据在功能部件之间传送的路径。

「数据通路部件」：「数据通路」路径上的部件，例如ALU、通用寄存器、状态寄存器、异常和中断处理逻辑等。

「内部总线」：是指同一个部件，例如CPU内部各寄存器及运算部件之间的总线

「系统总线」：是指同一台计算机系统的各部件之间，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间相连的总线

将所有寄存器的输入端和输出端都连接到一条公共通路上，这种结构简单，数据传输过程中存在较多的冲突现象，性能较低。

寄存器之间数据传送

比如将PC的内容送至MAR，实现传送操作的流程及控制信号为：

( P C )   − >   B u s (PC) \ -> \ Bus (PC) −> Bus， P C o u t PC_{out} PCout​有效，PC内容送总线

B u s   − >   M A R Bus \ -> \ MAR Bus −> MAR， M A R i n MAR_{in} MARin​有效，总线内容送MAR

主存及CPU之间的数据传送

比如CPU从主存读取指令，实现传送操作的流程及控制信号为：

( P C )   − >   B u s   − >   M A R (PC) \ -> \ Bus \ -> \ MAR (PC) −> Bus −> MAR， P C o u t PC_{out} PCout​和 M A R i n MAR_{in} MARin​有效，当前需要需要执行的指令地址通过Bus传递给MAR

1   − >   R 1 \ -> \ R 1 −> R CU发出命令，通过控制总线

M E M ( M A R )   − >   M D R MEM(MAR) \ -> \ MDR MEM(MAR) −> MDR， M D R i n MDR_{in} MDRin​有效

M D R   − >   B u s   − >   I R MDR \ -> \ Bus \ -> \ IR MDR −> Bus −> IR， M D R o u t MDR_{out} MDRout​和 I R i n IR_{in} IRin​有效，当前的指令从存储器数据寄存器中取出，经过Bus传递给IR

执行算术或逻辑运算

比如一条加法指令，微操作序列及控制信号为：

A d ( I R )   − >   B u s   − >   M A R Ad(IR) \ -> \ Bus \ -> \ MAR Ad(IR) −> Bus −> MAR， M D R o u t MDR_{out} MDRout​和 M A R i n MAR_{in} MARin​有效

1   − >   R 1 \ -> \ R 1 −> R CU通过控制总线发出读命令

M E M ( M A R )   − > 数 据 总 线   − >   M D R MEM(MAR) \ -> 数据总线 \ -> \ MDR MEM(MAR) −>数据总线 −> MDR ， M D R i n MDR_{in} MDRin​有效

M D R   − >   B u s   − > Y MDR \ -> \ Bus \ -> Y MDR −> Bus −>Y M D R o u t MDR_{out} MDRout​和 Y i n Y_{in} Yin​有效，操作数通过内部总线传递给Y

( A C C ) + ( Y )   − >   Z (ACC) + (Y) \ -> \ Z (ACC)+(Y) −> Z A C C o u t ACC_{out} ACCout​和 A L U i n ALU_{in} ALUin​有效，CU向ALU发送加命令

Z   − >   A C C Z \ -> \ ACC Z −> ACC Z o u t Z_{out} Zout​和 A C C i n ACC_{in} ACCin​