El diseño por computadora busca organizar las capacidades de un procesador en un marco estructural de modo que una arquitectura de conjunto de instrumentos (ISA) pueda ejecutar sus instrucciones programadas de la manera más eficiente y rápida posible. La microarquitectura es la estructura de computadora decisiva que diseña la implementación de los componentes de la ruta de control para interoperar con los elementos de la ruta de datos, de modo que los componentes de la computadora puedan funcionar en la configuración ideal para el ISA. Múltiples unidades de procesamiento central (CPU) y subprocesos múltiples, que permiten la recuperación de la memoria lenta del sistema al mismo tiempo que cambian las funciones de la CPU a otro subproceso del programa hasta que se completa la recepción de la memoria, están alineando la eficiencia y la velocidad para evitar la latencia entre el control de la memoria y las velocidades de procesamiento de la CPU
Las microarquitecturas diseñadas se basan en una serie de decisiones a nivel de sistema que consideran el consumo de energía, la complejidad de la lógica, la conectividad, la capacidad de prueba y la facilidad de depuración junto con los costos de los chips y la capacidad de fabricación para llegar a un diseño óptimo. Mejores diseños de microarquitectura son los que permiten que los nuevos avances tecnológicos en semiconductores logren un mejor rendimiento mientras se usa el mismo ISA en múltiples plataformas. Los diseños de microarquitectura pueden hacer uso de canalizaciones de instrucciones que manejan más que solo un conjunto de instrucciones a la vez, como en años pasados.
Varios conjuntos de instrucciones pueden hacer uso de la CPU simultáneamente, y la gestión de canalización y caché que se mantiene al día con chips mejorados que contienen más memoria caché para recuperación, lectura y escritura instantáneas ahora puede seguir el ritmo de canalizaciones que no tienen que pararse y esperar. recuperación de la memoria por más tiempo. Además, la predicción de bifurcaciones, que hace conjeturas fundamentadas sobre dónde puede ser necesaria la bifurcación de la tubería, y los modelos de ejecución especulativa que inician cálculos matemáticos antes de que se soliciten, también pueden acelerar el procesamiento de datos en su ruta de datos. Otra mejora de la técnica en el diseño de microarquitectura hace uso de la ejecución fuera de orden, lo que permite que las instrucciones listas para ejecutarse tengan prioridad sobre las instrucciones más antiguas que esperan la caché. Si bien la ejecución del disco duro es más lenta, una CPU no tiene que estar esperando, pero puede estar trabajando con otros elementos del conjunto de instrucciones.
Un tipo de microarquitectura especializada se conoce como arquitectura de flujo de datos. Los diseños de flujo de datos no siguen los métodos tradicionales de flujo de control; la ejecución de las instrucciones ocurre según la disponibilidad de los argumentos de entrada, y estas instrucciones guían el procesamiento para el enrutamiento de red, el procesamiento de señales digitales de audio o video y el procesamiento de gráficos. Los motores de software de base de datos utilizan una arquitectura de flujo de datos para sincronizar datos para el reenvío de paquetes a velocidad de cable en tiempo real, y su naturaleza dedicada permite el equilibrio de carga de los procesadores y los accesos a recursos comunes. Esta paquetización significa que las instrucciones y los resultados permiten la computación paralela a gran escala para las redes de flujo de datos.
En hardware, la microarquitectura permite que los componentes se integren dentro de una arquitectura de sistema en principios comprensibles de ingeniería eléctrica y mecánica para facilitar el desarrollo de software para varios dispositivos de hardware como tabletas y computadoras de escritorio, teléfonos celulares, satélites, instrumentación quirúrgica y sistemas de navegación. Como se utiliza en una amplia variedad de instrumentación y dispositivos, la microarquitectura de hardware es en realidad la construcción de sistemas de hardware electrónicos y electromecánicos diseñados. La microarquitectura en los diseños de hardware es un proceso de representación de componentes relacionados que se relacionan mediante reglas y principios de diseños mecánicos y eléctricos integrados en los propios componentes. Los conjuntos funcionales de subsistemas delimitados se organizan con sensores y actuadores en un sistema exclusivo e inclusivo para usos específicos.