সিপিইউ এমন সার্কিট সরবরাহ করে যা কম্পিউটারের নির্দেশনা সেটটি প্রয়োগ করে — এর মেশিন ল্যাঙ্গুয়েজ। এটি একটি গাণিতিক-যুক্তি ইউনিট (এএলইউ) এবং নিয়ন্ত্রণ সার্কিটের সমন্বয়ে গঠিত। এএলইউ মৌলিক পাটিগণিত এবং যুক্তিবিদ্যা অপারেশনগুলি পরিচালনা করে এবং নিয়ন্ত্রণ বিভাগটি প্রোগ্রামের একটি অংশ থেকে অন্য অংশে নিয়ন্ত্রণ স্থানান্তরকারী শাখার নির্দেশাবলী সহ অপারেশনগুলির ক্রম নির্ধারণ করে। যদিও মূল স্মৃতি একসময় সিপিইউর অংশ হিসাবে বিবেচিত হত, আজ এটি পৃথক হিসাবে বিবেচিত হয়। সীমানা শিফট, এবং সিপিইউ চিপগুলিতে এখন কিছু উচ্চ-গতির ক্যাশে মেমরি রয়েছে যেখানে দ্রুত অ্যাক্সেসের জন্য ডেটা এবং নির্দেশাবলী অস্থায়ীভাবে সংরক্ষণ করা হয়।
এএলইউতে এমন সার্কিট রয়েছে যা দুটি গাণিতিক মান যুক্ত করে, বিয়োগ করে, গুণ করে এবং ভাগ করে, পাশাপাশি অ্যান্ড এবং ওআর (যেমন 1 টিকে সত্য হিসাবে এবং 0 টি মিথ্যা হিসাবে ব্যাখ্যা করা হয়, যাতে উদাহরণস্বরূপ 1 এবং 0 = 0; বুলিয়ান বীজগণিত দেখুন)। এএলইউতে একাধিক থেকে একাধিক নিবন্ধ রয়েছে যা আরও গণিতের ক্রিয়াকলাপের জন্য বা মূল স্মৃতিতে স্থানান্তরিত করার জন্য অস্থায়ীভাবে এর গণনার ফলাফল রাখে।
সিপিইউ নিয়ন্ত্রণ বিভাগের সার্কিটগুলি শাখার নির্দেশাবলী সরবরাহ করে, যা পরবর্তী নির্দেশ কার্যকর করার বিষয়ে প্রাথমিক সিদ্ধান্ত নেয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি শাখার নির্দেশনা হতে পারে "যদি সর্বশেষ ALU অপারেশনের ফলাফলটি নেতিবাচক হয় তবে প্রোগ্রামের অবস্থান লোক এ যান; অন্যথায়, নিম্নলিখিত নির্দেশাবলীর সাথে চালিয়ে যান ”" এই জাতীয় নির্দেশাবলী কোনও প্রোগ্রামে "যদি-তবে-অন্যথায়" সিদ্ধান্ত গ্রহণের অনুমতি দেয় এবং নির্দেশের অনুক্রমের প্রয়োগের জন্য যেমন একটি "যখন-লুপ" যা কিছু শর্ত পূরণ করার সময় বার বার কিছু নির্দেশের সেট করে। সম্পর্কিত নির্দেশ হ'ল সাবরুটাইন কল, যা এক্সপ্লোরেশনকে একটি সাবপ্রগ্রামে স্থানান্তর করে এবং তারপরে সাবপ্রগ্রাম শেষ হওয়ার পরে, মূল প্রোগ্রামে ফিরে আসে যেখানে এটি ছেড়ে যায়।
একটি সঞ্চিত প্রোগ্রাম কম্পিউটারে, মেমরির মধ্যে প্রোগ্রাম এবং ডেটা আলাদা করা যায় না। উভয় বিট নিদর্শন 0 0 এবং 1 এর স্ট্রিং — যা ডেটা বা প্রোগ্রাম নির্দেশ হিসাবে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে এবং উভয়ই সিপিইউ দ্বারা মেমরি থেকে আনা হয়। সিপিইউতে একটি প্রোগ্রামের কাউন্টার রয়েছে যা কার্যকর করার জন্য পরবর্তী নির্দেশের মেমরি ঠিকানা (অবস্থান) রাখে। সিপিইউর প্রাথমিক ক্রিয়াকলাপটি "ফেচ-ডিকোড-এক্সিকিউট" চক্র:
প্রোগ্রামের কাউন্টারে রাখা ঠিকানা থেকে নির্দেশনাটি আনুন এবং এটি একটি রেজিস্টারে সংরক্ষণ করুন।
নির্দেশটি ডিকোড করুন। এর অংশগুলি অপারেশনটি নির্দিষ্ট করতে হবে এবং অংশগুলি ডেটা নির্দিষ্ট করে যা এটি পরিচালনা করতে হবে। এগুলি সিপিইউ রেজিস্টারগুলিতে বা মেমরির অবস্থানগুলিতে থাকতে পারে। যদি এটি শাখার নির্দেশনা থাকে তবে এর একটি অংশে শাখার শর্তটি সন্তুষ্ট হয়ে গেলে সম্পাদনের জন্য পরবর্তী নির্দেশের মেমরি ঠিকানা থাকবে।
অপারেন্ডগুলি আনুন, যদি থাকে তবে।
যদি এটি একটি ALU অপারেশন হয় তবে অপারেশনটি সম্পাদন করুন।
যদি ফলাফল থাকে (একটি রেজিস্টার বা মেমরিতে) সংরক্ষণ করুন।
পরবর্তী নির্দেশের অবস্থান ধরে রাখতে প্রোগ্রামের কাউন্টারটি আপডেট করুন যা হয় পরবর্তী মেমরি অবস্থান বা কোনও শাখা নির্দেশের দ্বারা নির্দিষ্ট ঠিকানা address
এই পদক্ষেপগুলির শেষে চক্রটি পুনরাবৃত্তি করতে প্রস্তুত এবং একটি বিশেষ থামার নির্দেশ কার্যকর করা বন্ধ না করা অবধি এটি অব্যাহত থাকে।
এই চক্রের পদক্ষেপ এবং সমস্ত অভ্যন্তরীণ সিপিইউ অপারেশন এমন একটি ঘড়ি দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যা একটি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি (বর্তমানে সাধারণত গিগাহার্টজ, বা প্রতি সেকেন্ডে কয়েক বিলিয়ন চক্র পরিমাপ করা হয়) এ ঘূর্ণিত হয়। পারফরম্যান্সকে প্রভাবিত করে এমন আরেকটি বিষয় হ'ল "শব্দ" আকার memory মেমরি থেকে একবারে আনা বিটের সংখ্যা এবং যার উপর সিপিইউ নির্দেশাবলী কাজ করে। ডিজিটাল শব্দগুলিতে এখন 32 বা 64 বিট রয়েছে, যদিও 8 থেকে 128 বিট পর্যন্ত আকার দেখা যায়।
একবারে নির্দেশাবলী প্রক্রিয়াকরণে বা সিরিয়ালিভাবে প্রায়শই একটি বাধা সৃষ্টি করে কারণ অনেক প্রোগ্রাম নির্দেশাবলী প্রস্তুত থাকতে পারে এবং সম্পাদনের জন্য অপেক্ষা করে। ১৯৮০ এর দশকের গোড়ার দিক থেকে, সিপিইউ ডিজাইনটি এমন স্টাইল অনুসরণ করেছে যা মূলত হ্রাস-নির্দেশ-সেট কম্পিউটিং (আরআইএসসি) নামে পরিচিত। এই নকশাটি মেমরি এবং সিপিইউর মধ্যে ডেটা স্থানান্তরকে হ্রাস করে (সমস্ত ALU অপারেশন কেবল সিপিইউ রেজিস্টারগুলিতে ডেটাতে করা হয়) এবং খুব সহজেই কার্যকর করতে পারে এমন সহজ নির্দেশাবলীর জন্য আহ্বান জানায়। যেহেতু একটি চিপে ট্রানজিস্টারের সংখ্যা বৃদ্ধি পেয়েছে, আরআইএসসি ডিজাইনের জন্য সিপিইউ চিপের একটি অপেক্ষাকৃত ছোট্ট অংশ মৌলিক নির্দেশের সেটে উত্সর্গ করা প্রয়োজন। চিপের বাকী অংশগুলি তখন সার্কিট সরবরাহ করে সিপিইউ অপারেশনগুলিকে গতিতে ব্যবহার করতে পারে যা বেশ কয়েকটি নির্দেশ এক সাথে কার্যকর করতে দেয় বা সমান্তরালে দেয়।
সিপিইউতে দুটি প্রধান ধরণের নির্দেশনা-স্তরের সমান্তরালতা (আইএলপি) রয়েছে, উভয়ই প্রথম দিকে সুপার কম্পিউটারে ব্যবহৃত হয়। একটি হ'ল পাইপলাইন, যা ফেচ-ডিকোড-এক্সিকিউট চক্রটিকে একবারে একাধিক নির্দেশাবলীর অনুমতি দেয়। যখন একটি নির্দেশ কার্যকর করা হচ্ছে, অন্যজন তার ক্রিয়াকলাপগুলি পেতে পারে, তৃতীয়টি ডিকোড করা যায় এবং চতুর্থটি স্মৃতি থেকে নেওয়া যেতে পারে। যদি এই ক্রিয়াকলাপগুলির প্রতিটি একই সময় প্রয়োজন হয়, তবে প্রতিটি পর্যায়ে একটি নতুন নির্দেশ পাইপলাইনে প্রবেশ করতে পারে এবং (উদাহরণস্বরূপ) পাইপলাইন ছাড়াই একটি সম্পূর্ণ করার জন্য যে পাঁচটি নির্দেশাবলীর প্রয়োজন তা শেষ হতে পারে। অন্য ধরণের আইএলপি হ'ল সিপিইউতে একাধিক এক্সিকিউশন ইউনিট — ডুপ্লিকেট গাণিতিক সার্কিট, বিশেষত গ্রাফিক্সের জন্য বিশেষায়িত সার্কিট