CPUarchitectuur

CPUarchitectuur is het vakgebied dat de structuur en organisatie van centrale verwerkers bestudeert. Het omvat zowel de instruction set architecture (ISA) als de microarchitectuur. De ISA bepaalt welke instructies een CPU uitvoert en hoe data worden gecodeerd; de microarchitectuur beschrijft hoe die instructies hardwarematig worden uitgevoerd, inclusief de beschikbare functionele eenheden en de planning van werktaken.

Belangrijke ontwerpkeuzes zijn pipelining, parallelisme (superscalariteit), en of instructies in volgorde of uit volgorde worden uitgevoerd, evenals vertakkingsvoorspelling en speculative execution. SIMD- of vectoreenheden vergroten data-parallelisme. De geheugenhiërarchie, met registers, caches (L1/L2/L3), geheugencoherentie tussen cores, virtual memory en TLBs, bepaalt efficiëntie en programmeringsmodellen.

Moderne systemen zijn vaak multicore en ondersteunen SMT. Interconnects en coherentieprotocollen zorgen voor consistente prestaties bij meerdere cores en threads. Voorbeelden van ISA-families zijn x86-64, ARM en IBM Power; open standaarden zoals RISC-V winnen aan belangstelling.

Trends omvatten de integratie van vector- en AI-accelerators, heterogene systemen, chiplets en 3D-stapeling. Beveiligingsuitdagingen zoals spectre en meltdown laten zien hoe ontwerpkeuzes samenhangen met veiligheid. Uiteindelijk draait CPUarchitectuur om een balans tussen prestaties, energie-efficiëntie, compatibiliteit en beperkingen van hardware, terwijl innovatie voortduurt.