mikroarkkitehtuurit

Mikroarkkitehtuuri tarkoittaa prosessorin sisäistä toteutusta, joka implementoi sille asetetun käskysetin (ISA). Se kuvaa, miten käskyt puretaan, miten ne ohjataan pipelineen, miten useat suoritusyksiköt sekä rekisterit ja muisti työskentelevät yhdessä, sekä miten välimuistit ja muistihierarkia on järjestetty. Sama ISA voidaan toteuttaa useilla eri mikroarkkitehtuureilla, mikä antaa erilaisen suorituskyvyn, tehonkulutuksen ja tilankäytön profiilin.

Keskeisiä piirteitä ovat putkisto- ja moninapainen toteutus, ulkoinen epäjärjestys ja spekulatiivinen suoritus sekä haara-arviointi. Lisäksi käytetään rekisterin nimeämistä (register renaming) ja mikropiirien sisäistä käännöstä mikro-opeiksi (micro-ops). Välimuistit (L1/L2/L3), muistin hierarkia sekä etukäonteinen prefetching vaikuttavat suorituskykyyn. Joissain prosessoreissa logiikka on kiinteämpi eikä mikrokoodi ole erillinen kerros.

Esimerkkejä ovat Intelin Core-mikroarkkitehtuurit (esim. Nehalem, Sandy Bridge, Skylake), AMD:n Zen-perhe sekä ARM:n Cortex-sarjan ytimet. Mikroarkkitehtuuri kehittyy jatkuvasti: sama ISA voidaan toteuttaa useilla eri mikrotason arkkitehtuureilla, joilla on erilainen suorituskyky- ja energiatehokkuusprofiili. Tämä vaikuttaa sovellusten käytännön suorituskykyyn ja ohjelmistokehitykseen. Turvallisuusnäkökohdat, kuten spekulatiivisen suorituskyvyn kautta syntyvät haavoittuvuudet Meltdown ja Spectre, ovat muokanneet suunnittelupäätöksiä ja rajapintojen toteutusta.

---