CPU 主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成，如下图所示：
运算器只能完成运算，而控制器用于控制整个CPU的工作，它决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑和中断控制逻辑等几个部分。
指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作，过程分为取指令、指令译码、按指令操作码执行、形成下一条指令地址等步骤。
时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。
总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路。
中断控制逻辑用于控制各种中断请求，并根据优先级的高低对中断请求进行排队，逐个交给CPU处理。
控制器各部分组成的功能：
指令寄存器（IR）。当CPU执行一条指令时，先把它从内存储器取到缓冲寄存器中，再送入IR暂存，指令译码器根据IR的内容产生各种微操作指令，控制其他的组成部件工作， 完成所需的功能
程序计数器（PC）。具有寄存信息和计数两种功能，又称为指令计数器。程序的执行分两种情况，一是顺序执行，二是转移执行。
地址寄存器（AR）。保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
指令译码器（ID）。指令分为操作码和地址码两部分，为了执行任何给定的命令，必须对操作码进行分析，以便识别所有完成的操作。
核心又称为内核，是CPU最主要的组成部分。CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有合理的布局。
CPU主要厂商AMD和Intel的双核技术在物理结构上有很大不同。AMD将两个内核做在一个Die上，通过直接架构连接起来，集成度更高。Intel则是将放在不同核心上的两个内核封装在一起，因此有人将Intel的方案称为“双芯”，将AMD的方案称为“双核”。
