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根据当前输入和过去输入的组合产生输出的数字电路称为时序逻辑。这与组合逻辑输出仅取决于输入的当前状态的情况不同。当由多个元件组成的时序逻辑电路在公共时钟信号的控制下操作这些元件时，该电路实现了同步逻辑。
处理器指令执行中涉及的步骤是一系列离散操作，这些操作对指令操作码进行响应，并对不同来源的输入数据进行处理，这些操作在主时钟信号的协调下进行。处理器维护从一个时钟到下一个时钟，以及从一条指令到下一条指令的内部状态信息。
包括处理器在内的现代复杂数字器件几乎都是以同步时序逻辑方式实现的。低级内部器件（例如，前面讨论的门、多路选择器、寄存器和加法器等）通常是组合逻辑电路。这些较低级别的器件又在同步逻辑的控制下作为输入。在处理器指令和逻辑电路的控制下，公共时钟信号将在通过这些组合器件允许的最大传输延迟之后，把这些器件的输出传输到体系结构的其他部分。
第3章将介绍实现更复杂功能的高级处理器元件，包括指令译码、指令执行和算术运算。
下一节将介绍使用计算机编程语言设计数字硬件的概念。