指令周期（也稱為獲取-解碼-執行周期，或簡稱為獲取-執行周期）是中央處理器 (CPU) 從啟動到計算機關閉以處理指令所遵循的周期 . 它由三個主要階段組成：取指階段、解碼階段和執行階段。

在更簡單的 CPU 中，指令周期是按順序執行的，每條指令在下一條指令開始之前被處理。 在大多數現代 CPU 中，指令周期是通過指令流水線并發執行的，而且通常是并行執行的：下一條指令在前一條指令完成之前開始處理，這是可能的，因為周期被分解成單獨的步驟。

程序計數器（PC）是一個特殊的寄存器，保存著下一條要執行的指令的內存地址。 在獲取階段，PC 中存儲的地址被復制到內存地址寄存器 (MAR) 中，然后 PC 遞增以指向下一條要執行的指令的內存地址。 然后，CPU 在 MAR 描述的內存地址處獲取指令，并將其復制到內存數據寄存器 (MDR) 中。 MDR 還充當雙向寄存器，用于保存從內存中獲取的數據或等待存儲在內存中的數據（因此也稱為內存緩沖寄存器 (MBR)）。 最終，MDR 中的指令被復制到當前指令寄存器 (CIR) 中，該寄存器充當剛剛從內存中獲取的指令的臨時存放地。

在解碼階段，控制單元（CU）將解碼 CIR 中的指令。 然后，CU 將信號發送到 CPU 內的其他組件，例如算術邏輯單元 (ALU) 和浮點單元 (FPU)。 ALU 執行算術運算，例如加法和減法，還可以通過重復加法進行乘法運算，通過重復減法進行除法運算。 它還執行邏輯運算，例如 AND、OR、NOT 和二進制移位。 FPU 保留用于執行浮點運算。

每臺計算機的CPU根據不同的指令集可以有不同的周期，但都會類似下面的周期：

• 取指階段：從程序計數器當前存儲的內存地址中取下一條指令，存入指令寄存器。 在獲取操作結束時，PC 指向將在下一個周期讀取的下一條指令。
• 解碼階段：在此階段，指令寄存器中的編碼指令由解碼器解釋。
  • 讀取有效地址：在內存指令（直接或間接）的情況下，執行階段將在下一個時鐘脈沖期間。 如果指令有間接地址，則從主存中讀取有效地址，并從主存中取出任何需要處理的數據，然后放入數據寄存器（時鐘脈沖：T3）。 如果指令是直接指令，則在此時鐘脈沖期間不執行任何操作。 如果這是 I/O 指令或寄存器指令，則操作在時鐘脈沖期間執行。
• 執行階段：CPU的控制單元將解碼后的信息作為控制信號序列傳遞給CPU的相關功能單元，以執行指令所需的動作，例如從寄存器中讀取值，將它們傳遞給 ALU 對它們執行數學或邏輯函數，并將結果寫回寄存器。 如果涉及 ALU，它會將條件信號發送回 CU。 運算產生的結果存儲在主存儲器中或發送到輸出設備。 根據 ALU 的反饋，PC 可能會更新到一個不同的地址，下一條指令將從該地址獲取。
• 重復循環

此外，在大多數處理器上都可能發生中斷。 這將導致 CPU 跳轉到中斷服務程序，執行該程序然后返回。 在某些情況下，一條指令可以在中途被中斷，該指令不會有任何效果，但會在從中斷返回后重新執行。

系統一通電，循環就開始了，初始 PC 值由系統架構預定義（例如，在 Intel IA-32 CPU 中，預定義的 PC 值為 0xfffffff0）。

通常，此地址指向只讀存儲器 (ROM) 中的一組指令，這些指令開始加載（或引導）操作系統的過程。

每條指令的獲取步驟都是相同的：

• CPU將PC的內容發送給MAR，并在控制總線上發送讀取命令
• 響應讀命令（地址等于PC），內存返回存儲在內存位置ind的數據