prosessoriarkkitehtuuria

Prosessoriarkkitehtuuri on tietokonejärjestelmän suorituskyvyn ja ohjelmoitavuuden keskeinen perusta. Se kuvaa, miten prosessori ymmärtää ja toteuttaa käskyjään sekä miten sen resurssit hallitaan. Arkkitehtuuri voidaan jakaa kahteen toisiinsa liittyvään tasoon: ohjelmointirajapintaan eli instruction set architecture (ISA) ja tämän toteutukseen liittyvään mikroarkkitehtuuriin.

ISA määrittelee käskyt, rekisteriformaatit, osoitus- ja muistinhallintatavat sekä ohjelmallisesti näkyvän koodin muodon. Käytännössä ISA määrittelee, mitä ohjelmisto voi saada aikaan ja miten ohjelma kommunikoi muistijärjestelmän kanssa. Mikroarkkitehtuuri kuvaa, miten ISA:n vaatimukset toteutetaan fyysisesti: pipelinea, out-of-order-suoritusta, välimuistien tasoja, ohjauksen logiikka sekä rinnakkaisuus, kuten useat ydin- ja SIMD-yksiköt.

Keskeisiä arkkitehtuurin piirteitä ovat rekisterirakenne, käskyjen osoitusmuodot sekä muistinhallinta ja välimuistien sekä muistijärjestelmän latenssit ja kaistat. Nykypäivän prosessorit ovat usein moniytimisiä ja tukevat SIMD- sekä GPU-tyyppisiä yksiköitä sekä energiatehokkuuden optimointia.

Historian puolella prosessoriarkkitehtuureja on kehitetty CISC- ja RISC-käsiteparien kautta; nykyisin yleisiä suuntauksia ovat heterogeeniset järjestelmät, energiatehokkuus sekä avoimet standardit kuten RISC-V. Esimerkkejä ISA-perheistä ovat x86-64, ARM, MIPS ja RISC-V. Arkkitehtuuri määrittää, millaiset ohjelmistot voivat toimia ja miten suoritusta optimoidaan, mutta konkreettinen suorituskyky riippuu mikroarkkitehtuurin toteutuksesta.