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Microarquitetura ou μarch é a forma como um determinado conjunto de instruções (ISA) é implementado em um processador, podendo ser implementado com microarquiteturas diferentes. As implementações podem variar devido a diferentes objetivos de um dado projeto ou a mudanças na tecnologia. A microarquitetura inclui os elementos constitutivos do processador e como estes interligam e interoperam para implementar o ISA. A ISA é aproximadamente o mesmo que o modelo de programação de um processador como visto por um programador de linguagem Assembly ou escritor de compilador. O ISA inclui o modelo de execução, registradores do processador, endereço e formatos de dados, entre outras coisas.
Existem diferenças entre arquitetura e microarquitetura de processadores. A arquitetura é um conjunto de registros, instruções e estruturas de dados, que são públicos para que possam ser utilizados pelos programadores. É através da arquitetura de um processador, que é possível definir se um conjunto de instruções é ou não compatível com a arquitetura. Por exemplo, se um conjunto processadores, utilizam a mesma arquitetura, isso significa que se em um desses processadores um certo conjunto de instruções pode ser executado, nos outros processadores com mesma arquitetura esse conjunto de instruções também poderá ser executado. A microarquitetura de um processador é o modo com que se usa a arquitetura para melhorar a velocidade e desempenho de processamento. É por isso que dentro de uma família de processadores, a microarquitetura pode ser atualizada frequentemente, pra melhorar o processamento, mas mesmo assim pode manter a arquitetura do processador.
Uma Microarquitetura é dividida em uma Parte Operativa e uma Parte de Controle. Parte Operativa (ou Caminho de Dados) - Constituída de todos os componentes responsáveis pela execução das operações elementares sobre os dados(transformações nos dados). Parte de Controle - Constituída de circuitos sequenciais e/ou memória de programa que gera o controle ciclo-a-ciclo da parte operativa.
A microarquitetura de uma máquina é geralmente representada com diagramas que descrevem as interligações dos vários elementos microarquiteturais da máquina, que pode ser tudo, desde portões individuais e registros, para completar a unidades de lógica e aritmética (ULA) e ainda maiores elementos. Estes diagramas geralmente separam o caminho de dados (onde os dados são colocados) e o caminho de controlo (que pode ser dito para dirigir os dados). Cada elemento da microarquitetura por sua vez é representado por um esquema que descreve as interconexões de portas lógicas usadas para implementá-lo. Cada porta lógica por sua vez é representado por um diagrama de circuito que descreve as conexões dos transistores usados para implementá-lo em alguma família lógica particular.