CPUarkitekturen

CPU-arkitekturen beskriver hur en central processorenhet är organiserad och hur den genomför instruktioner. Huvuddelarna är instruktionet-arkitektur (ISA), som definierar vilka instruktioner som finns och hur de beter sig ur programmerarens synvinkel, samt mikroarkitektur, som beskriver hur dessa instruktioner fysiskt realiseras i hårdvara. Andra viktiga begrepp är minneshierarkin, registerfilen, exekveringsenheter, pipelining och kommunikation mellan kärnor samt mellan processor och minne.

Historiskt har arkitekturer ofta klassificerats som CISC och RISC. CISC står för complex instruction set computing och kännetecknas av relativt tunga instruktioner som kan göra mycket arbete per anrop. RISC står för reduced instruction set computing och förespråkar enklare, regelbundet strukturerade instruktioner som ofta kan genomföras snabbt i pipeliner. Moderna processorer blandar delar av båda synsätten: de bygger på relativt enkla instruktioner i mikroarkitekturen men stöder ett omfattande ISA såsom x86-64 eller ARM.

Minnesmodellen inkluderar oftast en gemensam minnesadressrymd (von Neumann-liknande) i kombination med olika tekniker som caches för att minska minneslatens. Vissa system använder också Harvard-arkitekturens idé om separata instruktion- och data-lager i mikrokontroller eller specialiserade enheter.

Tekniker som pipelining, superskaläritet, out-of-order-exekvering, grenprediktion och spekulativ exekvering används för att öka genomströmningen. Multikärnor, simultan trådning (SMT), och SIMD-/vectorenheter har blivit vanligt för att hantera parallellism och dataintensiva arbetslaster. Kända ISA-exempel inkluderar x86-64, ARM, MIPS, SPARC och det öppna projektet RISC-V. Designval fokuserar på prestanda, energiförbrukning och yta, där mobil- och inbyggda processorer prioriterar energieffektivitet och värmehantering, medan server- och high-performance-arkitekturer betonar genomströmning och skalbarhet.