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かつては真空管やトランジスタ、あるいは多数の集積回路(IC)で構成されており、大掛かりなハードウェアだったためひとつの装置として独立した筐体として構成されていた。多数の半導体素子を統合した集積回路の大規模・高密度化により誕生したインテルの4004に始まるマイクロプロセッサの発達の結果、現在では1ないし2～3個のLSIで構成されることが多い。このため、現在ではCPUをマイクロプロセッサの意味で用いることが多くなった。 この意味のCPUのことをCPUメーカのひとつ、モトローラではMPU(マイクロプロセッシングユニット)と呼称し、この言葉も多用されるようになった。
CPUは演算をするALU、データを一時記憶するレジスタ、メモリーや周辺機器との入出力を行うバスインターフェース、CPU全体を制御する制御部分などで構成される。その他 DMA、タイマー、シリアルインターフェースなどの機能をCPUと同一IC内にもつものも、制御用ワンチップマイクロコンピュータには多く、ICを指してCPUと言う場合と、そのなかの演算機能のみをCPUと言う場合がある。
CPUは開発の歴史において、制御命令の構成によって高級言語に対応した命令を備えるCISC方式と、単純な命令で高速に動作するRISC方式の二つに設計思想が大別されたが、命令処理のパイプライン化にCISCの原理がなじまず、CISC方式のCPUでは外部からはCISC命令を取り込むが、内部でRISC的な単純な命令に変換して実行する手法が広く使われるようになった。このため現在は、2つの方式の境界は曖昧になっている。
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