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处理器的微结构，是指令系统的具体实现。相同的指令系统可以有不同的微结构，并得到不同的性能。对于同一个指令系统，复杂的微结构实现性能高，但功耗和成本也高；简单的微结构实现性能低，但功耗和成本也低。随着半导体工艺技术的不断进步，实现相同指令系统的处理器的微结构不断升级并不断提高性能。 指令流水线是微结构的核心内容。现代主流处理器都使用指令流水线来提高性能。指令流水线通过把一条指令的执行划分为若干阶段（如取指、译码、执行、访存、写回阶段）来减少每个时钟周期的工作量，从而提高主频；并通过允许多条指令的不同阶段重叠执行实现并行处理。静态流水线不允许后面的指令越过前面的指令执行，动态流水线允许后面的指令越过前面的指令执行。单发射流水线的每个流水阶段每个时钟周期执行一条指令，多发射流水线的每个流水阶段每个时钟周期执行多条指令。 执行单元也是微结构的重要内容。指令流水线的执行单元包括算术逻辑部件（ALU）、浮点部件（FPU）、向量部件（SIMD）、访存部件和转移部件等。这些执行单元在流水线的调度下具体执行指令规定的操作。运算部件的个数和延迟，访存部件的存储层次、容量和带宽，以及转移部件的转移猜测算法是微结构的核心内容。 现代处理器芯片通常包含多个处理器核并把内存控制器及部分输入输出（I/O）接口集成在芯片内。因此，现代处理器的微结构还包括片上互连、同步和调度等内容。微结构是影响处理器性能、成本和功耗的重要因素。微结构还需要考虑可靠性、调试性、测试性等因素。另外，为了提高处理器执行指令的效率，提出了很多提高指令执行效率和降低程序执行时间的技术，包括超标量、乱序执行、寄存器重命名、转移猜测、高速缓存、多核技术等。 |
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