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CPU 对数字逻辑原理的工作，该原理可以通过构建大量二元开关（晶体管或门）在硅晶圆上实现。这些门可以组合成具有特定功能的电路 - 例如，将两个数字加在一起的电路，并包括先前操作的携带，可以实现这样：

像这样的简单电路可以与其他电路结合使用，以执行乘法（这基本上是一堆加法操作）。CPU 的另一个关键元素涉及存储信息。这是使用嵌入式存储器或寄存器完成的，这些存储器通常可按行和列进行地址处理：

通过为此内存提供地址，可以检索存储在该位置的值。同样，这些晶体管由许多晶体管构造，这些晶体管可以打开或切换以表示值 1 或 0。

同步这一切是一个系统，它被称为时钟。时钟提供了一种机制，通过这种机制可以同时完成整个芯片的操作，因此，当您比较两个电路的结果，这些电路正在执行类似的操作（例如，添加两个数字）时，结果来自该操作，而不是一个电路领先于另一个电路，而不是与正确的值进行比较。

时钟还用于控制 CPU 的输入和输出，以便它可以与外部设备通信。它们由模拟和数字设备构建。大多数时钟的核心是相位锁定环路电路 （PLL） 和在芯片上分配时钟脉冲的一种方法 - 有时使用中继器或分路器适当调整时钟，以考虑信号在芯片上传输的时间。

在 CPU 的外，我们通常可以找到 I/O 环，它接收来自外部世界的模拟信号，并控制与其他设备的通信。例如内存接口或通用IO。

这些元素一起允许 CPU 从软件接收指令、读取值、执行操作和输出结果到系统的其余部分。为了便于这样做，CPU 中还有微码，用于控制其行为和操作方式。此微码允许软实现指令,从指定执行指令的特定电路操作所需的指令中抽象出指令。通过操作系统和软件，同样的抽象过程一次又一次地继续，这样使用计算机的人就可以点击屏幕上的位置，而对晶体管是什么一无所知。