CPU總是周而複始地做同一件事：從內存取指令，然後解釋執行它，然後再取下一條指令，再解釋執行。CPU最核心的功能單元包括：
寄存器（Register），是CPU內部的高速存儲器，像內存一樣可以存取數據，但比訪問內存快得多。隨後的幾章我們會詳細介紹x86的寄存器
eax、esp、eip等等，有些寄存器只能用於某種特定的用途，比如eip用作程序計數器，這稱為特殊寄存器（Special-purpose Register），而另外一些寄存器可以用在各種運算和讀寫內存的指令中，比如eax寄存器，這稱為通用寄存器（General-purpose Register）。程序計數器（PC，Program Counter），是一種特殊寄存器，保存着CPU取下一條指令的地址，CPU按程序計數器保存的地址去內存中取指令然後解釋執行，這時程序計數器保存的地址會自動加上該指令的長度，指向內存中的下一條指令。
指令譯碼器（Instruction Decoder）。CPU取上來的指令由若干個位元組組成，這些位元組中有些位表示內存地址，有些位表示寄存器編號，有些位表示這種指令做什麼操作，是加減乘除還是讀寫內存，指令譯碼器負責解釋這條指令的含義，然後調動相應的執行單元去執行它。
算術邏輯單元（ALU，Arithmetic and Logic Unit）。如果譯碼器將一條指令解釋為運算指令，就調動算術邏輯單元去做運算，比如加減乘除、位運算、邏輯運算。指令中會指示運算結果保存到哪裡，可能保存到寄存器中，也可能保存到內存中。
地址和數據匯流排（Bus）。CPU和內存之間用地址匯流排、數據匯流排和控制綫連接起來，每條線上有1和0兩種狀態。如果在執行指令過程中需要訪問內存，比如從內存讀一個數到寄存器，執行過程可以想像成這樣：
CPU內部將寄存器對接到數據匯流排上，使寄存器的每一位對接到一條數據綫，等待接收數據。
CPU通過控制綫發一個讀請求，並且將內存地址通過地址綫發給內存。
內存收到地址和讀請求之後，將相應的內存單元對接到數據匯流排的另一端，這樣，內存單元每一位的1或0狀態通過一條數據綫到達CPU寄存器中相應的位，就完成了數據傳送。
往內存裡寫數據的過程與此類似，只是數據線上的傳輸方向相反。
上圖中畫了32條地址綫和32條數據綫，CPU寄存器也是32位，可以說這種體繫結構是32位的，比如x86就是這樣的體繫結構，目前主流的處理器是32位或64位的。地址綫、數據綫和CPU寄存器的位數通常是一致的，從上圖可以看出數據綫和CPU寄存器的位數應該一致，另外有些寄存器（比如程序計數器）需要保存一個內存地址，因而地址綫和CPU寄存器的位數也應該一致。處理器的位數也稱為字長，字（Word）這個概念用得比較混亂，在有些上下文中指16位，在有些上下文中指32位（這種情況下16位被稱為半字Half Word），在有些上下文中指處理器的字長，如果處理器是32位那麼一個字就是32位，如果處理器是64位那麼一個字就是64位。32位計算機有32條地址綫，地址空間（Address Space）從0x00000000到0xffffffff，共4GB，而64位計算機有更大的地址空間。
最後還要說明一點，本節所說的地址綫、數據綫是指CPU的內匯流排，是直接和CPU的執行單元相連的，內匯流排經過MMU和匯流排介面的轉換之後引出到晶片引腳才是外匯流排，外地址綫和外數據綫的位數都有可能和內匯流排不同，例如32位處理器的外地址匯流排可定址的空間可以大於4GB，到第 4 節 “MMU”再詳細解釋。
我們結合表 1.1 “一個語句的三種表示”看一下CPU取指執行的過程。
eip寄存器指向地址0x80483a2，CPU從這裡開始取一條5個位元組的指令，然後eip寄存器指向下一條指令的起始地址0x80483a7。CPU對這5個位元組譯碼，得知這條指令要求從地址0x804a01c開始取4個位元組保存到
eax寄存器。執行指令，讀內存，取上來的數是3，保存到
eax寄存器。注意，地址0x804a01c~0x804a01f裡存儲的四個位元組不能按地址從低到高的順序看成0x03000000，而要按地址從高到低的順序看成0x00000003。也就是說，對於多位元組的整數類型，低地址保存的是整數的低位，這稱為小端（Little Endian）位元組序（Byte Order）。x86平台是小端位元組序的，而另外一些平台規定低地址保存整數的高位，稱為大端（Big Endian）位元組序。CPU從
eip寄存器指向的地址取一條3個位元組的指令，然後eip寄存器指向下一條指令的起始地址0x80483aa。CPU對這3個位元組譯碼，得知這條指令要求把
eax寄存器的值加1，結果仍保存到eax寄存器。執行指令，現在
eax寄存器中的數是4。CPU從
eip寄存器指向的地址取一條5個位元組的指令，然後eip寄存器指向下一條指令的起始地址0x80483af。CPU對這5個位元組譯碼，得知這條指令要求把
eax寄存器的值保存到從地址0x804a018開始的4個位元組。執行指令，把4這個值保存到從地址0x804a018開始的4個位元組（按小端位元組序保存）。