從今天起，進入CPU的微觀世界，將CPU作為一個系統來拆分和講解。以前的總線，MEM，IO都是結構組成部分，在控制器的控制下，完成取值，執指的流程。
1.概述（What）
CPU主要包括運算器和控制器兩大部分。一旦程序進入存儲器后，可由計算機自動完成取指令和執行指令的任務。控制器就是專用於完成此項工作的，它負責協同並控制計算機各部件執行程序的指令序列，其基本功能就是取指令、分析指令和執行指令。
1.1 組成
（1）寄存器：存放下一指令地址；存放當前指令；存放操作數和計算結果；
（2）CU：能發出各種操作命令序列的控制部件
（3）ALU：完成算術和邏輯運算
（4）中斷系統：處理異常情況和特殊請求
2.功能（Why）
CPU需要具備控制程序順序執行（指令控制）、產生完成每條指令所需的控制命令（操作控制）、對各種操作加以時間上的控制（時間控制）、對數據進行運算（數據計算）以及處理中斷的功能。
CPU的基本功能就是取指令、分析指令和執行指令。
1.取指令
控制器能自動形成指令的地址，並能發出取指令的命令，將此地址中的指令取到控制器中。
2.分析指令
分析指令包括兩部分：（1）此指令完成什么操作，即控制器需要發出什么操作命令（2）分析參與這次操作的操作數地址
3.執行指令
執行指令就是根據分析指令產生的“操作命令”和“操作數地址”的要求，形成操作控制信號序列，通過對運算器、存儲器和I/O設備的操作，執行此指令。
4.此外
控制器還要能控制主機與I/O設備交換信息及對總線的管理，甚至能處理機器運行過程中出現的異常情況（掉電）和特殊請求（打印），即處理中斷的能力。
3.指令周期
3.1 概述（What）
周期指每個步驟所耗費的時間
CPU取出一條指令並執行完成所需的全部時間稱為指令周期（花費時間）。設置CPU工作周期標志觸發器對設計控制單元十分有利。
3.2 指令數據流（How）
3.2.1取指數據流
1.CU將PC寄存器中存儲的指令地址送至MAR
2.CU將地址經地址總線送至MEM，將讀控制命令經控制總線送至MEM
3.CU控制MEM將存儲內容經數據總線送至MDR
4.CU控制MDR將內容送至IR
5.CU將PC內容加1
3.2.2間址周期的數據流
1.CU檢查IR中的指令是否需要間址，如果需要間址，將MDR中的地址送到MAR
2.CU將MAR中的地址經地址總線送至MEM，將讀命令經控制總線送至MEM
3.CU將有效地址經數據總線送至MDR
3.2.3執行周期的數據流
不同指令在執行周期操作不同。涉及CPU內部寄存器的數據傳送，對存儲器或I/O進行讀寫，對ALU進行操作
3.2.4中斷周期的數據流
1.CU將PC的指令地址送到MDR，CU控制數據總線將MDR中的內容送至MEM，向MEM發出寫信號，保存斷點。
2.CU將中斷服務程序入口的地址送至PC。
4.優化性能
4.1概述（What）
為了提高處理機速度，通常可以從提高器件的性能和改進系統的結構，開發系統的並行性兩個方面入手。
4.2方法（How）
1.提高器件的性能是提高整機性能的重要途徑。人們通過技術改進每一個部分的性能。
2.改進系統的結構，開發系統的並行性。在同一時刻或同一時間段內，完成兩種或兩種以上性質相同或不同的功能，只要在時間上相互重疊，就存在並行性。使用並行性，那么要將一個過程再細分為幾個步驟，分析每個步驟使用到的資源共享，因果關系。並行時，兩個步驟是否爭搶同一資源，兩個步驟之間是否有前后因果關系。
5.中斷系統
5.1概述（What）
中斷是一種提醒CPU的機制，提醒CPU暫停執行當前指令序列，讓CPU判斷是否需要去執行其他序列。知止而后能定，這也是在計算機系統中的體現。
5.2中斷系統需要解決的問題
1.各中斷源如何向CPU提出中斷請求
2.當多個中斷源同時提出中斷請求，中斷系統如何判斷優先響應哪個中斷源
3.CPU在什么條件，什么時候，以什么方式響應中斷
4.CPU響應中斷后如何保護現場
5.CPU如何從原程序轉入中斷服務程序的入口地址
6.中斷處理結束后，CPU如何恢復現場，如何返回原程序的間斷處
7.在中斷處理過程中，又有了新請求，CPU如何處理。