मुख्य लेख: सीपीयू डिज़ाइन और नियंत्रण इकाई

आरेख दिखाता है कि नियंत्रण प्रणाली द्वारा एक विशेष एमआईपीएस आर्किटेक्चर निर्देश को कैसे डिकोड किया जाएगा
नियंत्रण इकाई (जिसे अक्सर नियंत्रण प्रणाली या केंद्रीय नियंत्रक कहा जाता है) कंप्यूटर के विभिन्न घटकों का प्रबंधन करती है; यह प्रोग्राम निर्देशों को पढ़ता है और व्याख्या (डीकोड) करता है, उन्हें नियंत्रण संकेतों में परिवर्तित करता है जो कंप्यूटर के अन्य हिस्सों को सक्रिय करता है। [डी] उन्नत कंप्यूटरों में नियंत्रण प्रणालियाँ प्रदर्शन में सुधार के लिए कुछ निर्देशों के निष्पादन के क्रम को बदल सकती हैं।

सभी सीपीयू के लिए एक प्रमुख घटक प्रोग्राम काउंटर है, एक विशेष मेमोरी सेल (एक रजिस्टर) जो यह ट्रैक करता है कि अगला निर्देश मेमोरी में किस स्थान से पढ़ा जाना है।[ई]

नियंत्रण प्रणाली का कार्य इस प्रकार है- यह एक सरलीकृत विवरण है, और इनमें से कुछ चरण सीपीयू के प्रकार के आधार पर समवर्ती या अलग क्रम में किए जा सकते हैं:

सेल काउंटर कार्यक्रम ने संकेत से अगले निर्देश के लिए कोड पढ़ें।
निर्देश के लिए संख्यात्मक कोड को प्रत्येक अन्य सिस्टम के लिए कमांड या सिग्नल के सेट में डिकोड करें।
प्रोग्राम काउंटर बढ़ाएँ ताकि यह अगले निर्देश की ओर इंगित करे।
पढ़ें जो भी डेटा अनुदेश कोशिकाओं स्मृति में (या शायद एक इनपुट डिवाइस से) से की आवश्यकता है। इस आवश्यक डेटा का स्थान आमतौर पर निर्देश कोड के भीतर संग्रहीत किया जाता है।
ALU या रजिस्टर को आवश्यक डेटा प्रदान करें।
यदि निर्देश को पूरा करने के लिए ALU या विशेष हार्डवेयर की आवश्यकता होती है, तो हार्डवेयर को अनुरोधित ऑपरेशन करने का निर्देश दें।
परिणाम को ALU से वापस मेमोरी स्थान या रजिस्टर या शायद आउटपुट डिवाइस पर लिखें।
चरण (1) पर वापस जाएँ।
चूँकि प्रोग्राम काउंटर (वैचारिक रूप से) मेमोरी सेल्स का एक और सेट है, इसे ALU में की गई गणनाओं द्वारा बदला जा सकता है। प्रोग्राम काउंटर में 100 जोड़ने से अगला निर्देश प्रोग्राम के 100 स्थानों से आगे पढ़ा जाएगा। प्रोग्राम काउंटर को संशोधित करने वाले निर्देश अक्सर “जंप” के रूप में जाने जाते हैं और लूप (कंप्यूटर द्वारा दोहराए जाने वाले निर्देश) और अक्सर सशर्त निर्देश निष्पादन (नियंत्रण प्रवाह के दोनों उदाहरण) की अनुमति देते हैं।

किसी निर्देश को संसाधित करने के लिए नियंत्रण इकाई जिस संचालन क्रम से गुजरती है वह अपने आप में एक छोटे कंप्यूटर प्रोग्राम की तरह होता है, और वास्तव में, कुछ अधिक जटिल सीपीयू डिज़ाइनों में, एक और छोटा कंप्यूटर होता है जिसे माइक्रोसेक्वेंसर कहा जाता है, जो एक माइक्रोकोड प्रोग्राम चलाता है जो कारण बनता है ये सभी घटनाएँ घटित होंगी।

सेन्ट्रल प्रॉसेसिंग यूनिट (सीपीयू)
मुख्य लेख: सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट और माइक्रोप्रोसेसर
नियंत्रण इकाई, ALU और रजिस्टरों को सामूहिक रूप से केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई (CPU) के रूप में जाना जाता है। प्रारंभिक सीपीयू कई अलग-अलग घटकों से बने थे। 1970 के दशक से, सीपीयू का निर्माण आम तौर पर एक एकल एमओएस एकीकृत सर्किट चिप पर किया जाता है जिसे माइक्रोप्रोसेसर कहा जाता है।

अंकगणितीय तर्क इकाई (एएलयू)
मुख्य लेख: अंकगणितीय तर्क इकाई
ALU दो प्रकार के ऑपरेशन करने में सक्षम है: अंकगणित और तर्क। [110] अंकगणितीय परिचालनों का सेट जो एक विशेष ALU का समर्थन करता है वह जोड़ और घटाव तक सीमित हो सकता है, या इसमें गुणा, भाग, त्रिकोणमिति फ़ंक्शन जैसे साइन, कोसाइन, आदि और वर्गमूल शामिल हो सकते हैं। कुछ केवल पूर्ण संख्याओं (पूर्णांक) पर काम कर सकते हैं जबकि अन्य वास्तविक संख्याओं को दर्शाने के लिए फ़्लोटिंग पॉइंट का उपयोग करते हैं, यद्यपि सीमित परिशुद्धता के साथ। हालाँकि, कोई भी कंप्यूटर जो सबसे सरल ऑपरेशन करने में सक्षम है, उसे अधिक जटिल ऑपरेशनों को सरल चरणों में तोड़ने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है जिन्हें वह निष्पादित कर सकता है। इसलिए, किसी भी कंप्यूटर को किसी भी अंकगणितीय ऑपरेशन को करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है – हालाँकि ऐसा करने में अधिक समय लगेगा यदि इसका ALU सीधे ऑपरेशन का समर्थन नहीं करता है। एक एएलयू संख्याओं की तुलना भी कर सकता है और बूलियन सत्य मान (सही या गलत) लौटा सकता है, यह इस पर निर्भर करता है कि एक दूसरे के बराबर है, उससे बड़ा है या उससे कम है (“क्या 64, 65 से बड़ा है?”)। लॉजिक ऑपरेशंस में बूलियन लॉजिक शामिल होता है: AND, OR, XOR, और NOT। ये जटिल सशर्त कथन बनाने और बूलियन तर्क को संसाधित करने के लिए उपयोगी हो सकते हैं।

सुपरस्केलर कंप्यूटर में कई ALU हो सकते हैं, जो उन्हें एक साथ कई निर्देशों को संसाधित करने की अनुमति देते हैं। [111] SIMD और MIMD सुविधाओं वाले ग्राफ़िक्स प्रोसेसर और कंप्यूटर में अक्सर ALU होते हैं जो वैक्टर और मैट्रिक्स पर अंकगणित कर सकते हैं।