管线化架构（见下）。CPU根据从记忆体提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片段。根据CPU的指令集架构（ISA）定义将数值解译为指令。一部分的指令数值为运算码，其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给指令必要的资讯，诸如一个加法运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值（即立即值），或是一个空间的定址值：暂存器或记忆体位址，以定址模式决定。在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬体装置。不过在众多抽象且复杂的CPU和ISA中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种