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cpu 从内存或高速缓冲存储器中取出指令，将它们放入指令寄存器，并对指令进行译码。它将指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令来执行这一系列的微操作，从而完成一条指令的执行。指令是计算机的基本命令，指定要执行的操作类型和操作数。一条指令由一个或多个字节组成，包括一个操作码字段，一个或多个与操作数地址相关的字段，以及一些表示机器状态的状态字和特征码。一些指令还直接包括操作数本身。
提炼
第一阶段，获取，从内存或高速缓存中检索指令（作为一个值或一系列值）。内存的位置由程序计数器指定，程序计数器保存一个用于标识当前程序位置的值。换句话说，程序计数器跟踪cpu 在当前程序中的位置。获取指令后，程序计数器根据指令长度递增内存位置。通常必须从相对较慢的内存中获取指令，从而导致cpu 等待指令被馈送。这个问题主要在现代处理器的缓存和流水线架构中得到解决。
解码
cpu 根据从内存中获取的指令确定其执行行为。在解码阶段，指令被分解成有意义的片段。根据cpu 的指令集架构(isa) 定义将值解释为指令。指令值的一部分是操作码(opcode)，表示要执行哪些操作。其他值通常为指令提供必要的信息，例如加法运算的运算目标。这种操作的目标可以提供一个常量值（即立即值），或一个空间的可寻址值：一个暂存器或一个内存地址，这取决于寻址模式。在旧的设计中，cpu 的指令解码部分是一个不可更改的硬件设备。然而，在许多抽象复杂的cpu和指令集架构中，往往会使用一个微程序来帮助将指令转换为各种形式的信号。这些微程序通常可以在成品cpu 中重写，以便于更改解码指令。
实施
在获取和解码阶段之后，接下来是执行阶段。在此阶段，连接了能够执行所需计算的各种cpu 组件。例如，如果需要加法运算，算术逻辑单元(alu) 将连接到一组输入和一组输出。输入提供要相加的值，输出将包含求和的结果。 alu包含一个电路系统，可以很容易地在输出端进行简单的常用运算和逻辑运算（如加法和位运算）。如果加法运算产生的结果对于cpu 来说太大而无法处理，则可以在标志寄存器中设置算术溢出标志。
回信
最后一个阶段，writeback，只是将执行阶段的结果以一定的格式写回。运算结果往往写入cpu内部的暂存器，供后续指令快速存取。在其他情况下，计算结果可能会写入速度较慢但容量更大且成本更低的主内存。某些类型的指令在不直接产生结果的情况下操纵程序计数器。这些通常称为“跳转”，会导致循环行为、条件执行（通过条件跳转）和程序中的函数。许多指令还会更改标志寄存器的状态位。这些标志可以用来影响程序的行为，因为它们经常显示各种操作的结果。例如，使用“比较”指令判断两个值的大小，并根据比较结果在符号寄存器中设置一个值。该标志可以通过后续的跳转指令来确定程序的移动。指令执行完毕，结果写回后，程序计数器递增，重复该过程，下一个指令周期正常取下一条顺序指令。如果完成是跳转指令，程序计数器将更新为跳转到的指令地址，程序继续正常执行。许多复杂的cpu 可以一次获取多条指令，对它们进行解码，然后同时执行它们。本节一般涉及“经典risc 流水线”，这些流水线实际上在许多使用简单cpu（通常称为微控制器）的电子设备中迅速普及。
基本结构
cpu包括算术逻辑单元、寄存器单元和控制单元等。
逻辑单元
算术逻辑单元可以进行定点或浮点算术运算、移位运算和逻辑运算，还可以进行寻址运算和转换。
注册部分
寄存器部分，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。通用寄存器可分为定点数和浮点数，用于存放指令中的寄存器操作数和运算结果。通用寄存器是中央处理器的重要组成部分，大部分指令都需要访问通用寄存器。通用寄存器的宽度决定了计算机内部数据通路的宽度，其端口数往往影响内部运算的并行度。专用寄存器是执行某些特殊操作所需的寄存器。控制寄存器通常用于指示机器执行的状态，或保存某些指针，包括处理状态寄存器、地址转换目录的基地址寄存器、特权状态寄存器、条件代码寄存器、异常处理寄存器和错误检测寄存器。有时，中央处理器中有一些缓存，用来临时存放一些数据指令。缓存越大，cpu的计算速度越快。目前市场上的中高端中央处理器二级缓存在2m左右，高端cpu二级缓存在4m左右。
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