หน่วยสำคัญของหน่วยประมวลผลกลาง

          หน่วยประมวลผลกลางเป็นวงจรไฟฟ้า มีหน่วยสำคัญที่ทำหน้าที่แตกต่างกัน 2 หน่วย ได้แก่ หน่วยควบคุม(Control Unit : CU) และหน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic And Logic Unit : ALU)

          1. หน่วยควบคุม (Control Unit : CU)
              หน่วยควบคุมเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่ประสานงานและควบคุมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ หน่วยนี้ทำงานคล้ายกับสมองคน ซึ่งควบคุมให้ระบบอวัยวะต่าง ๆ ของร่างกายทำงานประสานกัน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ควบคุมให้อุปกรณ์รับข้อมูลส่งข้อมูลไปที่หน่วยความจำ ติดต่อกับอุปกรณ์แสดงผลเพื่อสั่งให้นำข้อมูลจากหน่วยความจำไปยังอุปกรณ์แสดงผล โดยหน่วยควบคุมของคอมพิวเตอร์จะแปลความหมายของคำสั่งในโปรแกรมของผู้ใช้ และควบคุมให้อุปกรณ์ต่าง ๆ ทำงานตามคำสั่งนั้น ๆ จากที่กล่าวมาสามารถเปรียบเทียบการทำงานของหน่วยควบคุมกับการทำงานของสมองได้ดังนี้

สมอง	หน่วยควบคุม
ควบคุมอวัยวะสัมผัสทั้งห้า	ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์รับข้อมูล
จดจำและระลึกเรื่องราวต่างๆ	ควบคุมการเก็บและการนำข้อมูลจากหน่วยความจำมาใช้
วิเคราะห์ปัญหา แก้ปัญหา และตัดสินใจ	ควบคุมการทำงานของหน่วยคำนวณและตรรกะ ให้ทำการคำนวณและเปรียบเทียบ
ควบคุมการแสดงออกโดยการพูดหรือการเขียน	ควบคุมการทำงานของหน่วยแสดงผล ให้พิมพ์หรือบันทึกผล

         2. หน่วยคำนวณและตรรกะ (Arithmetic And Logic Unit : ALU)

            หน่วยคำนวณและตรรกะเป็นหน่วยที่ทำหน้าที่คำนวณทางเลขคณิต ได้แก่ การบวก ลบ คูณ หาร และเปรียบเทียบทางตรรกะ เพื่อทำการตัดสินใจ เช่น ทำการเปรียบเทียบข้อมูลเพื่อตรวจสอบว่าปริมาณหนึ่ง น้อยกว่า เท่ากับ หรือมากกว่า อีกปริมาณหนึ่ง แล้วส่งผลการเปรียบเทียบว่าจริงหรือเท็จไปยังหน่วยความจำเพื่อทำงานต่อไปตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ในเงื่อนไข การทำงานของ ALU คือ รับข้อมูลจากหน่วยความจำมาไว้ในที่เก็บชั่วคราวของ ALUซึ่งเรียกว่า “รีจิสเตอร์” (Register) เพื่อทำการคำนวณ แล้วส่งผลลัพธ์กลับไปยังหน่วยความจำ ทั้งนี้ในการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ข้อมูลและคำสั่งจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้า แล้วส่งไปยังอุปกรณ์ต่าง ๆ ผ่านระบบส่งถ่ายข้อมูลภายในที่เรียกว่า “บัส” (Bus)กลไกการทำงานของหน่วยประมวลผลกลางมีความสลับซับซ้อน ผู้พัฒนาซีพียูได้สร้างกลไกให้ทำงานได้ดีขึ้น โดยแบ่งการทำงานเป็นส่วน ๆ มีการทำงานแบบขนาน และทำงานเหลื่อมกัน เพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้นในด้านความเร็วของซีพียู ถูกกำหนดโดยปัจจัย 2 อย่าง ปัจจัยแรก คือ สถาปัตยกรรมภายในของซีพียูแต่ละรุ่น ซีพียูที่ได้รับการออกแบบภายในที่ดีกว่าย่อมมีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดีกว่า การพัฒนาทางด้านสถาปัตยกรรมก็มีส่วนทำให้ลักษณะของซีพียูแตกต่างกันไป
          นอกจากนี้ อีกปัจจัยหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดความเร็วของซีพียู คือ ความถี่ของสัญญาณนาฬิกา (Clock)ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่คอยกำหนดจังหวะการทำงานประสานของวงจรภายในให้สอดคล้องกัน ในอดีตสัญญาณดังกล่าวจะมีความถี่ในหน่วยเป็นเมกะเฮิรตซ์ (Megahertz) หรือล้านครั้งต่อวินาที ดังนั้นสำหรับซีพียูที่มีสถาปัตยกรรมภายในเหมือนกันทุกประการ แต่ความถี่สัญญาณนาฬิกาต่างกัน ซีพียูตัวที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงกว่าจะทำงานได้เร็วกว่า และซีพียูที่มีอยู่ในปัจจุบันมีความถี่ในระดับจิกะเฮิรตซ์ (Gigahertz)