مراحل کار پردازنده مرکزی در چهار گام فراخوانی، رمزگشایی، پردازش و اجرا، بازنویسی صورت می گیرد. واحد پردازشی پردازنده دستورات را دریافت و اجرا می کند.
حال که با پردازنده مرکزی و نقش و اهمیت آن در سیستم رایانه ای آشنا شدیم، لازم است تا نحوه عملکرد آن هم مورد بحث و بررسی قرار بگیرد.
عملکرد پردازنده مرکزی در 4 مرحله صورت می گیرد که شامل فراخوانی، رمزگشایی، پردازش و اجرا، بازنویسی.
در ابتدا CPU زمانی که باید دستورات کاربر را پردازش کند، ابتدا این دستورات را از طریق حافظه نهان و یا حافظه RAM دریافت می کند. این دستورات ممکن است یک یا بی نهایت باشد که البته پردازنده مرکزی توانایی دریافت همه را دارد. هر یک از دستورات در محل های مجزا آدرس دهی می شوند. اما یک مشکل وجود دارد. زمانی که دستورات بی نهایت باشد، واحد پردازشی CPU نمی تواند ترتیب اجرای دستورات را تشخیص دهد.
بنابراین واحد PC یا Program Counter وارد عمل می شود. این واحد شمارنده برنامه هاست که دستورها را بر طبق وضعیت اولویت بندی و به واحد پردازشی اعلام می کند. به عبارت دیگر واحد پردازشی CPU از طریق واحد PC، هر یک از آدرس هایی که برای پردازش نیاز دارد، بدست می آورد.
در گام بعدی، واحد پردازشی که توانسته است دستورات را به ترتیب دریافت کند، آن ها را باید رمزگشایی و درک کند. برای این کار دستورات را در حالت کدهایی OP (Operation Codes) به معنای کدهای پردازشی پردازش می کند. این کدها توسط سخت افزارها و ماشین ها درک می شوند.
زبان برنامه نویسی مختلف با سطوح متفاوت وجود دارد که مورد استفاده طراحان و سازندگان برنامه ها قرار می گیرد. در پردازنده مرکزی سیستم های رایانه ای یک واحد به نام Assembler (تبدیل کننده به اسمبلی) وجود دارد که می تواند دستورات را به زبان سطح پایین اسمبلی (Assembly) تبدیل کند. در کنار آن، واحد دیگری وظیفه تبدیل دستورات اسمپلی به کدهای OP را بر عهده دارد. زمانی که این دو واحد کار خود را انجام دادند و کدهای OP آماده شد، واحد پردازشی CPU برای پردازش اقدام می کند.
حال کدها در اختیار واحد پردازشی قرار دارد. در این مرحله، واحد پردازشی CPU دستورات را که به صورت کد OP هستند، با کمک واحد ALU یا واحد محاسبه و منطق پردازش می کند. اگر در این مرحله به دستور دیگری نیاز باشد، واحد PC دوباره به کمک می آید و دستورات مجدد را در اختیار واحد پردازشی CPU قرار می دهد. در مواردی هم ممکن است واحد پردازشی دستورات را از واحد PC دریافت کند، اما آنها را در ثبات های داخلی خود (Registers) ذخیره کند.
مرحله بازنویسی
در مرحله آخر بازنویسی صورت می گیرد. عموما مقداری از خروجی دستورات در حافظه جانبی سیستم رایانه (هارد دیسک یا دیسک های حالت جامد و ...) ذخیره و سپس به دیگر قطعات ارسال می شود. به عنوان مثال فرض کنید یک دستور برای نشان دادن یک عبارت به پردازنده مرکزی ارسال می شود. پس از اینکه CPU این دستور را پردازش کرد، این عبارت نمایش داده می شود که خروجی نام دارد.
پردازنده مرکزی کامپیوتر این قابلیت را دارد که این خروجی را در ثبات های خود ذخیره کند. با این قابلیت، CPU می تواند از خروجی های ثبت شده برای افزایش سرعت در اجرای دیگر دستورات استفاده کند. برای مثال اگر به پردازنده مرکزی دستور مقایسه ارسال شود، می تواند از خروجی های قبلی هم استفاده کند. البته به این شرط که خروجی قبلی به دستورات فعلی ارتباط داشته باشد.
در پایان اگر واحد پردازشی تنها یک دستور را از PC دریافت و آن را پردازش کرده است، منتظر دستور بعدی می ماند و اگر دستورات دیگر در صف پردازش باشد، واحد PC آن را به واحد پردازشی ارسال می کند تا تمامی مراحل از ابتدا شروع شود و خروجی به کاربر نمایش داده شود.
