Definizione e significato di Microarchitettura di un processore

Nell’ambito informatico, con il termine Microarchitettura si intende il metodo in cui un dato insieme di istruzioni (instruction set architecture ISA) è implementato all’interno di un processore. Un set di istruzioni può essere implementato in maniera diversa in differenti microarchitetture in base agli obiettivi dei costruttori o all’evolversi della tecnologia pur essendo in grado di eseguire gli stessi programmi. Nuove microarchitetture e/o soluzioni circuitali insieme all’evoluzione dei processi di costruzione dei semiconduttori consentono di ottenere performance sempre superiori con i nuovi microprocessori pur usando sempre lo stesso set di istruzioni (ISA).

L’architettura di un computer comprende almeno tre sottocategorie:

1. L’Instruction Set Architecture (ISA) come l’immagine astratta di un sistema di elaborazione così come è vista da un programmatore in assembly (linguaggio macchina) includendo il set di istruzioni, la lunghezza della parola, il modo di indirizzamento della memoria, i registri di processo, gli indirizzi e i formati dei dati. 2
2. La Microarchitettura è al livello più basso più concreto e più dettagliato il modo in cui le parti del microprocessore sono interconnesse tra di loro e come operano per implementare il set di istruzioni (ISA). Per essere più precisi, ad esempio, la dimensione della memoria cache del microprocessore è un aspetto organizzativo che generalmente non ha nulla a che fare con l’ISA.
3. Il System Design include tutte le altre componenti di un sistema di elaborazione come bus di sistema, controller di memoria, meccanismi di scarico del lavoro della CPU come la direct memory access (DMA) e problematiche come il multiprocessing.

Una volta specificate sia l’ISA che la microarchitettura, si passa alla progettazione hardware della CPU a livello logico,circuitale e fisico.

Infine, con Architettura del Processore si intende l’insieme del set di istruzioni, dei registri, e delle strutture di dati residenti in memoria che sono visibili ad un programmatore. L’architettura del processore mantiene la compatibilità con il set di istruzioni in modo che il processore possa elaborare codice scritto per le generazioni di processori passate, presenti e future. Con Microarchitettura si intende invece l’implementazione dell’architettura del processore nel silicio. All’interno della stessa famiglia di processori la microarchitettura è spesso soggetta ad evoluzione per aumentare le prestazioni e la capacità mantenendo la compatibilità con l’architettura.