CPUarkkitehtuurin

CPU-arkkitehtuuri käsittää keskusyksikön suunnittelun sekä käskyarkkitehtuuriin (ISA) liittyvät säännöt ja mikropiirien rakenteen. Se kattaa ISA:n määrittämät käskyt, ohjauksen, rekisterit, laskentayksiköt, muistin hallinnan ja väylät. Arkkitehtuuri vaikuttaa suorituskykyyn, energian kulutukseen ja tilankäyttöön.

Käskyarkkitehtuuri (ISA) on ohjelmiston ja prosessorin välinen sopimus: mitä käskyjä on käytettävissä, kuinka ne esitetään ja miten osoitteet sekä tulokset käsitellään. ISA-toteutukset voivat olla RISC-painotteisia (ARM, MIPS) tai CISC-painotteisia (x86). Monet modernit järjestelmät tukevat useaa ISA:ta tai käyttävät dynaamista koodin muunnosta.

Mikroarkkitehtuuri toteuttaa ISA:n käytännössä. Siihen kuuluu datapath, rekisterit ja laskentayksiköt sekä ohjaus. Prosessorit käyttävät putkitetta (pipelining), usein superskalaarisuutta ja out-of-order -suoritus sekä spekulatiivista lähestymistapaa parantaakseen nopeutta. Caché-hierarkia (L1/L2/L3), prefetching ja branch prediction vähentävät viiveitä ja parantavat läpimenon.

Muistihallinta ja väylät ovat keskeisiä: cachet, muistiyhteydet ja latenssit. Von Neumann- ja Harvard-tyyppisten mallien peruskäsitteet kuvaavat, miten data ja koodi jaetaan muistissa, ja modernit suorittimet voivat yhdistää näitä malleja käytännössä.

Nykyaikainen kehitys painottaa energiatehokkuutta, suurta laskentatehoa ja heterogeenisyyttä, kuten CPU:n ja GPU:n yhteistoimintaa. Turvallisuus sekä uudet muistitekniikat ja mitigoinnit vaikuttavat arkkitehtuurimuutoksiin.