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组成cpu的主要部件是控制器和运算器。CPU包含运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等，并具有处理指令、执行操作、控制时间、处理数据等功能。其自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。
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控制器（英文名称：controller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。
运算器（arithmetic unit）是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法对运算器的性能影响极大。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。