有了邏輯閘當作建構的基本要素之後，接下來要來探討幾個 CPU 的基本結構，我們需要讓它們能夠做基本運算以及儲存資料。

這部分可以分為兩大電路：組合邏輯電路以及序向邏輯電路。

• 邏輯組合電路：輸出只與當下的輸入有關係
• 序向邏輯電路：輸出和當下的輸入與前一個輸入狀態有關，具有記憶功能

這樣一來我們就可以做出全加器、暫存器、多工器、記憶體等 CPU 必要的電路。

全加器

計算單元（ALU），可以說是 CPU 最重要的運算單元。最簡單的數學運算為加法，以兩個輸入（A, B）為例，加法可以用邏輯閘模擬。將加法拆分為「和」與「進位」，可以得到下面的表格：

仔細觀察可以發現，其實「和」就是互斥或（XOR）；而「進位」則是和（AND）。既然可以用邏輯閘模擬，那麼我們就可以用電路做出來。

暫存器

暫存器的運作可以使用 flip-flop 電路達成。CPU 需要時脈（clock）當作信號執行指令，每一個時脈（或每一個週期），電路都可以執行一個指令，頻率越高執行的速度越快。

flip-flop 電路最大的特色在於只有在每次 clock 在 rising 階段時才會運作，確保了同一個週期當中資料會是一致的。

記憶體

透過 CMOS 可以組成記憶體。