Mikroarkitekturen

Mikroarkitektur är den interna organisationen av en processor som implementerar en given instruktion­s­satsarkitektur (ISA). Den beskriver hur datapathen, styrlogiken och minneshierarkin är uppbyggda samt hur olika funktionella enheter kopplas samman för att utföra instruktioner. Mikroarkitekturen är skild från ISA:n; ISA:n definierar vilka instruktioner som finns, medan mikroarkitekturen bestämmer hur dessa instruktioner genomförs i praktiken på processorn.

Vanliga komponenter i en modern mikroarkitektur inkluderar en instruk­tionshämtning, avkodning och registrering (renaming) samt utförande i flera exekveringsenheter, ofta med ut- av- order‑exekvering och superskalär arkitektur. Pipelining används för att överlappa olika faser av instruktioner, medan branchpredikering försöker förutsäga språng och därmed minska avbrott i flödet. Minneshierarkin består av flera nivåer av cache (L1, L2, L3) samt minnesstyrning och en TLB för snabb översättning av virtuella till fysiska adresser. Prefetchers arbetar förebyggande med att hämta data innan det behövs.

Mikroarkitekturer balanserar designval mellan latens och genomströmning, samt mellan prestanda och energiförbrukning. Ökningar i IPC (instructions per cycle), användning av SIMD/vektorutökningar, fler kärnor och effektivare cachestrukturer är centrala drivkrafter i utvecklingen. Designen påverkar diearea, värmeutveckling och kostnad, vilket leder till olika variationer som fokuserar på högsta möjliga prestanda eller optimal energimässighet.

Många ISA:er, som x86 eller ARM, kan implementeras av flera olika mikroarkitekturer. Exempel på välkända mikroarkitekturer inkluderar Intels kärnor i olika generationer, AMD:s Zen‑serier och ARM:s Cortex‑serier.