现代计算机使用冯诺依曼体系结构，有五大功能部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。这五个功能部件通过数据总线连接在一起。它的工作原理是存储程序和程序控制。CPU主要功能是取指令、执行指令，这部分是由运算器和控制器来承担的。
CPU是由控制器和运算器组成的。运算器的功能是数据加工，比如算数运算、逻辑运算。控制器的功能是控制程序执行的顺序，它会把机器指令译码成控制信号，控制信号连接在不同的元件上。控制信号会完成数据通路的建立，实现指令对应的功能。控制器还有相应的中断逻辑，它为控制器提供异常处理的功能，为外设进行中断的交互逻辑。
控制器的功能：程序控制、操作控制、时序控制、异常控制。
操作控制：取指令，将机器指令译码并生成执行部件控制信号序列，建立正确的数据通路，从而完成指令的正确执行。实现方式分为硬布线控制器（硬件实现）和微程序控制器（软件实现）。
主要寄存器：PC程序计数器、通用寄存器、指令寄存器、地址寄存器、数据缓冲寄存器、累加寄存器、程序状态字。
数据通路：执行部件间传送信息的路径。通路的建立由控制信号控制，受时钟驱动；不同指令、同一指令在执行的不同阶段的数据通路不同。
数据通路有两种类型：
共享通路（总线型），主要部件都在公共总线上，各部件通过总线连接。这种方法结构简单，实现容易，但并发性较差，需要分时使用总线，效率低。
专用通路：并发性高、性能好、设计复杂、成本高。
