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 馮諾依曼體系結構是現代計算機的基礎。在該體系結構下，程序和數據統一存儲，指令和數據需要從同一存儲空間存取，經由同一總線傳輸，無法重疊執行。根據馮諾依曼體系，CPU的工作分為以下 5 個階段：取指令階段、指令譯碼階段、執行指令階段、訪存取數和結果寫回。 [1] 
取指令（IF，instruction fetch），即將一條指令從主存儲器中取到指令寄存器的過程。程序計數器中的數值，用來指示當前指令在主存中的位置。當 一條指令被取出后，PC中的數值將根據指令字長度自動遞增。 [1] 
指令譯碼階段（ID，instruction decode），取出指令后，指令譯碼器按照預定的指令格式，對取回的指令進行拆分和解對于CPU而言，影響其性能的指標主要有主頻、 CPU的位數以及CPU的緩存指令集。所謂CPU的主頻，指的就是時鐘頻率，它直接的決定了CPU的性能，因此要想CPU的性能得到很好地提高，提高CPU的主頻是一個很好地途徑。而CPU的位數指的就是處理器能夠一次性計算的浮點數的位數，通常情況下，CPU的位數越高，CPU 進行運算時候的速度就會變得越快。現在CPU的位數一般為32位或者64位。以前人們使用的計算機都是32位系統， 近年來人們使用的計算機的處理器中64位所占用的比例則顯得更多，這是因為64位的計算機的運行速度變得更快，提高了人們的工作效率。而CPU的緩存指令集是存儲在CPU內部的，主要指的是能夠對CPU的運算進行指導以及優化的硬程序。一般來講，CPU 的緩存可以分為一級緩存、二級緩存和三級緩存，而那些處理能力比較強的處理器則一般具有較大的三級緩存。