De CPU (Central processing unit) is het centrale onderdeel van een computersysteem dat de instructies van een computerprogramma uitvoert. Het werkt samen met alle andere componenten van de computer, inclusief geheugen, opslag, invoer-/uitvoerapparaten en communicatiepoorten.

De structuur van een CPU hangt af van het ontwerp, maar er zijn enkele basiscomponenten die de meeste CPU's gemeen hebben:

- Besturingseenheid (CU): De CU regelt de gegevensstroom en instructies binnen de CPU. Het haalt instructies uit het geheugen, decodeert ze en stuurt vervolgens de uitvoering van die instructies.

- Rekenkundige logische eenheid (ALU): De ALU voert de rekenkundige en logische bewerkingen uit die het programma vereist. Het kan bewerkingen uitvoeren zoals optellen, aftrekken, vermenigvuldigen, delen en vergelijken.

- Registreert: Registers zijn kleine, snelle geheugenlocaties binnen de CPU die tijdelijke gegevens en instructies opslaan. Ze worden gebruikt om de operanden op te slaan die nodig zijn voor ALU-bewerkingen, evenals de resultaten van die bewerkingen.

- Cachegeheugen: Cachegeheugen is een kleine hoeveelheid snel geheugen waarin veelgebruikte gegevens en instructies worden opgeslagen. Het wordt gebruikt om de prestaties van de CPU te verbeteren door het aantal keren dat deze toegang moet krijgen tot het langzamere hoofdgeheugen te verminderen.

- Systeemklok: De systeemklok is een apparaat dat een regelmatige reeks pulsen genereert die worden gebruikt om de werking van de CPU te synchroniseren.

- Bus: De bus is een set draden die de verschillende componenten van de CPU met elkaar verbinden. Het wordt gebruikt om gegevens en instructies over te dragen tussen de CU, de ALU, het geheugen en andere apparaten.

Dit zijn de basiscomponenten van een CPU. Verschillende CPU's kunnen extra componenten en functies hebben, maar de algehele structuur en functionaliteit zijn vergelijkbaar.

CPU-architectuur

De architectuur van een CPU verwijst naar de manier waarop de verschillende componenten zijn georganiseerd en met elkaar verbonden. Er zijn twee hoofdtypen CPU-architecturen:

- Complexe instructiesetcomputers (CISC): CISC CPU's gebruiken een groot aantal complexe instructies die een verscheidenheid aan bewerkingen in één instructie kunnen uitvoeren. CISC CPU's worden vaak gebruikt in oudere computers.

- Gereduceerde instructiesetcomputing (RISC): RISC CPU's gebruiken een klein aantal eenvoudige instructies die elk één enkele bewerking kunnen uitvoeren. RISC CPU's worden vaak gebruikt in nieuwere computers omdat ze efficiënter zijn en hogere snelheden kunnen bereiken.

Moderne CPU's combineren vaak elementen van zowel CISC- als RISC-architecturen. Ze kunnen een klein aantal complexe instructies hebben die een verscheidenheid aan bewerkingen kunnen uitvoeren, maar ook een groter aantal eenvoudige instructies die elk één enkele bewerking kunnen uitvoeren. Hierdoor kan de CPU zowel hoge prestaties als efficiëntie bereiken.