CPU是计算机的控制中心，主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、程序状态字寄存器PSW、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。它的主要功能有：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据的流动。
程序计数器(PC)是专用寄存器，具有寄存信息和计数两种功能，又称为指令计数器，在程序开始执行前，将程序的起始地址送入PC，该地址在程序加载到内存时确定，因此PC的初始内容即是程序第一条指令的地址。执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的，因此修改的过程通常只是简单地对PC加1。当遇到转移指令时，后继指令的地址根据当前指令的地址加上一个向前或向后转移的位移量得到，或者根据转移指令给出的直接转移的地址得到。
Cache
Cache是一个高速小容量的临时存储器，可以用高速的静态存储器(SRAM)芯片实现，可以集成到CPU芯片内部，或者设置在CPU与内存之间，用于存储CPU最经常访问的指令或者操作数据。
Cache的出现是基于两种因素：首先是由于CPU的速度和性能提高很快而主存速度较低且价格高，其次是程序执行的局部性特点。因此，才将速度比较快而容量有限的SRAM构成Cache，目的在于尽可能发挥CPU的高速度。很显然，要尽可能发挥CPU的高速度，就必须用硬件实现其全部功能。
直接映射方式是指主存中的一块只能映射到Cache的一个确定块中；
全相联映射方式是指主存中的任意一块可以映射到Cache中的任意一块中；
组相联方式是介于全相联和直接相联之间的一种折中方案。
高速缓存Cache有如下特点：它位于CPU和主存之间，由硬件实现；容量小，一般在几KB到几MB之间；速度一般比主存快5到10倍，由快速半导体存储器制成；其内容是主存内容的副本，对程序员来说是透明的；Cache既可存放程序又可存放数据。
Cache主要由两部分组成：控制部分和Cache存储器部分。
Cache存储器部分用来存放主存的部分拷贝(备份)。
控制部分的功能是：判断CPU要访问的信息是否在Cache存储器中，若在即为命中，若不在则没有命中。命中时直接对Cache存储器寻址。未命中时，若是读取操作，则从主存中读取数据，并按照确定的替换原则把该数据写入Cache存储器中；若是写入操作，则将数据写入主存即可。
内存
计算机内存一般分为静态数据区、代码区、栈区和堆区。
运行时为名字分配存储空间的过程称为绑定。
静态数据区用于存放一对一的绑定且编译时就可确定存储空间大小的数据，
栈用于存放一对多的绑定且与活动同生存期的绑定；
堆用于存储由程序语句动态生成和撤销的数据。
程序运行时，需要将程序代码(机器指令序列)和代码所操作的数据加载至内存。
指令代码加载至代码区，数据则根据绑定关系可能位于静态数据区、栈或堆区。
立即数寻址方式是指指令所需的操作数由指令的地址码部分直接给出，其特点是取指令时同时取出操作数，以提高指令的执行速度。