单片机的CPU主要由运算器、控制器和寄存器组三大部分组成，运算器负责执行算术与逻辑运算，控制器协调指令执行流程，寄存器组则用于高速暂存数据和指令。这三部分协同工作，构成了单片机处理指令和数据的核心架构。
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运算器（ALU）
核心部件是算术逻辑单元（ALU），能执行加、减、与、或等操作。累加器和数据寄存器为ALU提供输入数据并存储结果，例如累加器A在乘除运算中与寄存器B配合使用。状态寄存器（如PSW）实时记录运算结果的特征（如进位、零值标志），为程序流程控制提供依据。 -
控制器
通过程序计数器（PC）逐条读取指令地址，指令译码器解析操作码并生成控制信号。操作控制器指挥数据在CPU、存储器和I/O设备间的流动，例如通过时序发生器同步各部件操作。中断系统可暂停当前任务处理紧急事件，增强实时响应能力。 -
寄存器组
包括通用寄存器（如R0-R7）、专用寄存器（如PC、IR）和状态寄存器。指令寄存器（IR）暂存当前指令，地址寄存器（AR）保存内存访问地址，堆栈指针（SP）管理子程序调用。寄存器通过直接寻址或间接寻址提升数据存取效率。
单片机CPU的设计兼顾效率与低功耗，例如8位ALU处理简单控制任务，而32位ARM架构支持复杂运算。合理利用寄存器优化和中断机制，能显著提升嵌入式系统的性能。
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