Processorarkitekturer

Processorarkitekturer beskriver hur en processor är konstruerad och vilka operationer den kan utföra. Begreppet omfattar två huvudnivåer: arkitektur och mikroarkitektur. Arkitektur, eller instruktionsuppsättningsarkitekturens (ISA) synvinkel, definierar vilka instruktioner som finns, deras encodning och semantik, samt hur processor och programvarugränssnittet kommunicerar. Mikroarkitektur handlar om hur ISA-mekonomin realiseras i kretsarna, inklusive datapath, styrlogik, pipelining, caching och minneshierarki.

ISA används som programmets gränssnitt och varierar mellan olika familjer. Exempelvis bygger ARM principmässigt på RISC-idéer, medan x86 är en CISC-arkitektur med mer komplexa instruktioner. Andra viktiga arkitekturer är MIPS, POWER/PowerPC, SPARC och den öppna arkitekturen RISC-V. ISA bestämmer faktorer som ordlängd, antal register, adressmodi och stöd för minnessäkerhet och back‑/binärkompatibilitet.

Mikroarkitektur fokuserar på exekveringen av instruktioner. Vanliga tekniker är pipelining, superskalär design, out‑of‑order exekvering och spekulativ exekvering. Modern processordesign utnyttjar ofta flera kärnor (multikärnor) och olika former av parallellitet som SMT (simultaneous multithreading) och SIMD/vectorenheter för dataintensiva arbetsbelastningar. Minne och cachehierarki (L1/L2/L3) samt minneskonsistens är kritiska faktorer för prestanda.

Ekonomiska och tekniska krav driver också utvecklingen: prestanda, energiåtgång, yta och bakåtkompatibilitet. Öppna ISAs som RISC-V ökar flexibiliteten och kontroverser kring licenser och standardisering har blivit en del av designlandskapet. Traditionellt dominerar än idag CPU:er bred användning i datorer och servrar, medan andra domäner som mobiltelefoner och AI-acceleratorer visar större heterogenitet.