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CPU主要包括兩個部分，即控制器、運算器，其中還包括高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制的總線。電子計算機三大核心部件就是CPU、內部存儲器、輸入/輸出設備。CPU的功效主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理數據。

注：指令集的軟硬件層次之分：硬件指令集是硬件層次上由CPU自身提供的可執行的指令集合。軟件指令集是指語言程序庫所提供的指令，只要安裝了該語言的程序庫，指令就可以執行。

CPU出現于大規模集成電路時代，處理器架構設計的迭代更新以及集成電路工藝的不斷提升促使其不斷發展完善。從初專用于數學計算到廣泛應用于通用計算，從4位到8位、16位、32位處理器，后到64位處理器，從各廠商互不兼容到不同指令集架構規范的出現，CPU 自誕生以來一直在飛速發展。

為了改善性能，CPU已經不是單條取指-->解了碼-->執行的路線，而是分別為這3個過程分別提供獨立的取值單元，解了碼單元以及執行單元。這樣就形成了流水線模式。

CPU控制技術的主要形式，插入控制。CPU 對于操作控制信號的產生，主要是通過指令的功能來實現的，通過將指令發給相應部件，達到控制這些部件的目的。實現一條指令功能，主要是通過計算機中的部件執行一序列的操作來完成。較多的小控制元件是構建集中處理模式的關鍵，目的是為了更好的完成CPU數據處理操作。

除了嵌入式系統，多數CPU都有兩種工作模式：內核態和用戶態。這兩種工作模式是由PSW寄存器上的一個二進制位來控制的。內核態的CPU，可以執行指令集中的所有指令，并使用硬件的所有功能。

用戶態的CPU，只允許執行指令集中的部分指令。一般而言，IO相關和把內存保護相關的所有執行在用戶態下都是被禁止的，此外其它一些特權指令也是被禁止的，比如用戶態下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態。

控制器之所以知道數據放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的，每個指令對應一個基本操作，比如加法運算對應一個指令。例如，將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數據)中的值拷貝到ALU中，然后根據的操作指令執行加法運算，將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中，后寫入到內存。