โปรเซสเซอร์จะรับคำสั่งและข้อมูลจากหน่วยความจำ โดยส่งเข้าที่ Queue
Prefetch Unit จะตรวจสอบว่า ค่าใน Queue เป็นคำสั่งหรือไม่ ถ้าเป็นคำสั่งจะสั่งให้ Bus Interface Unit(BIU) ส่งค่าของคำสั่งไปที่ Decode Unit ถ้าเป็นค่าที่อยู่(Address)ของหน่วยความจำ จะถูกส่งไปที่ Segment and Paging Unit
Segment and Paging Unit จะแปลงที่อยู่ของหน่วยความจำ จากที่อยู่เสมือน(Virtual Address)ในรูปแบบของ segment : offset ให้กลายเป็นที่อยู่จริง(Physical Address)ที่ Bus Interface Unit เข้าใจ
หน่วยถอดรหัส(Decode Unit) จะตรวจสอบและแยกแยะคำสั่ง แล้วแปลคำสั่ง และส่งสัญญาณควบคุมไปให้ Execution Unit ทำงานตามคำสั่งนั้น
ใน Execution Unit จะประกอบด้วย

1. Control Unit(CU)จะทำหน้าที่ควบคุมการทำงานภายในโปรเซสเซอร์เป็นตัวสั่งงาน Unit อื่นๆตามคำสั่งที่แปลจาก Decode Unit
2. Protection Test Unit จะป้องกันและตรวจสอบการทำงานของส่วนต่างๆ ไม่ให้ทำผิดกฏเกณฑ์ จนเกิดข้อผิดพลาดขึ้น
3. Register จะทำหน้าที่เก็บค่าชั่วคราวก่อนและหลังการประมวลเพื่อส่งให้ส่วนอื่นๆต่อไป เป็นเหมือนกระดาษทดชัว่คราว สำหรับ ALU
4. Arithmetic Logic Unit(ALU) เป็นส่วนการคำนวณทางคณิตศาสตร์และหาค่าตรรกะของการเปรียบเทียบ

ศัพท์เทคนิคเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์

ประเภทของสถาปัตยกรรมการประมวลผลแบบขนาน ของโปรเซสเซอร์ นำเสนอโดย Flynn

1. SISD(Single Instruction Single Data stream) คือ โปรเซสเซอร์ ที่ใช้การประมวลผลด้วยชุดข้อมูลเพียงชุดเดียว และ ทำงานด้วยคำสั่งเดียว ภายใน 1 สัญญาณนาฬิกา
2. MISD(Multiple Instruction Single Data stream) คือ โปรเซสเซอร์ ที่ใช้การประมวลผลด้วยชุดข้อมูลเพียงชุดเดียว แต่ทำงานด้วยได้หลายคำสั่ง ภายใน 1 สัญญาณนาฬิกา มักจะไม่ค่อยมีใครพัฒนาโปรเซสเซอร์แบบนี้
3. SIMD(Single Instruction Multiple Data stream)คือ โปรเซสเซอร์ที่ใช้การประมวลผลด้วยชุดข้อมูลหลายชุด แต่ทำงานด้วยคำสั่งเดียว ภายใน 1 สัญญาณนาฬิกา และได้ผลลัพท์หลายชุด ใช้ในโปรเซสเซอร์แบบ Pentium MMX
4. MIMD(Multiple Instruction Multiple Data stream)คือ โปรเซสเซอร์ที่ใช้การประมวลผลด้วยชุดข้อมูลหลายชุด และทำงานด้วยได้หลายคำสั่ง ภายใน 1 สัญญาณนาฬิกา

RISC ( Reduced Instruction- Set Computing หรือชิปที่มีการลดทอนคำสั่ง ) คือ โปรเซสเซอร์ที่มีชุดคำสั่งที่มีรูปแบบและขนาดที่แน่นอน สามารถประมวลผลได้ภายใน 1 สัญญาณนาฬิกา การอ้างอิงหน่วยความจำจะใช้คำสั่ง Load และ Store ที่สามารถอ้างอิงหน่วยความจำได้โดยตรงเท่านั้น ใช้การอ้างตำแหน่งแบบตรงๆ ง่ายโดยมีรูปแบบจำกัดอยู่ 2 แบบ คือ

1. แบบอ้างผ่าน Register ( Register Indirect ) Register จะเก็บค่าตำแหน่งไว้ แล้ว ทำการอ้างตำแหน่งนั้นๆผ่าน Register
2. ในแบบ Index จะเป็นการอ้างตำแหน่งจากค่าคงที่ที่มาในคำสั่งนั้นๆเลย

CISC ( Complex Instruction- Set Computing ) คือสถาปัตยกรรมของโปรเซสเซอร์ ที่ใช้คำสั่งซับซ้อนที่มีความยาวเปลี่ยนไปตามชนิดของคำสั่ง มีคำสั่งให้ใช้งานมากมาย ทำให้เขียนโปรแกรมง่าย และโปรแกรมมีขนาดเล็ก การทำงานของคำสั่งจะใช้ Microcode โดยคงความเข้ากันได้กับโปรเซสเซอร์รุ่นเก่า ทำให้ไม่ต้องเขียนโปรแกรมใหม่

SMP(Symmetric MultiProcessing) คือสถาปัตยกรรมของการใช้โปรเซสเซอร์ หลายตัว ที่ใช้ทรัพยากรของระบบเช่น บัส หน่วยความจำ I/O ร่วมกัน ไม่สามารถแบ่งเป็น partition ย่อยๆได้ และสมรรถนะของระบบจะลดลงเมื่อใช้โปรเซสเซอร์ มากกว่า 8 ตัว ความสามารถในการขยายสเกลยังจำกัด แต่สามารถใช้โปรแกรมแบบเดิมได้ไม่ต้องเขียนขึ้นใหม่

• การแบ่งกันใช้งานและการติดต่อสื่อสาร
  1. Shared-bus topology คือการต่อโปรเซสเซอร์ หลายตัวให้ใช้งาน Frontside บัสเส้นเดียวร่วมกัน แต่มีข้อเสียคือ จะเกิดคอขวดที่เกิดจากรอคอยการใช้บัสร่วมกัน และทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสะสมบนบัส ซึ่งจะเกิดการรบกวนสัญญาณข้อมูลซึ่งกันและกัน ทำให้สามารถใช้โปรเซสเซอร์ ได้สูงสุดไม่เกิน 4 ตัวมีใช้ใน บัส GTL+ ของ Intel x86 และ บัส MPX ของ SMP G4(Apple)
  2. Point-to-point topology คือการต่อโปรเซสเซอร์ หลายตัวโดยให้โปรเซสเซอร์ แต่ละตัวมี Frontside บัสของตัวเองที่ต่อตรงไปยังชุดชิปหลัก จะแก้ปัญหาที่เกิดจากการใช้ Shared-bus topology ได้ มีใช้ใน บัส EV6 ของ Athlon
• Cache Coherenceคือการทำให้ข้อมูลที่มีอยู่ในแคชของโปรเซสเซอร์ ทุกตัวมีความสอดคล้องกับโปรเซสเซอร์ตัวอื่นๆ
  1. Snoop คือการจัดการให้แคชของโปรเซสเซอร์แต่ละตัว คอยฟังว่ามีการร้องขอข้อมูลในหน่วยความจำที่โปรเซสเซอร์กำลังใช้งานอยู่ของโปรเซสเซอร์ตัวอื่นๆทุกตัวหรือไม่ ซึ่งจะทำให้เกิดการติดต่อสื่อสารสถานะของข้อมูล เพื่อประสานงานการใช้ข้อมูลร่วมกันโดยเกิดข้อขัดแย้งน้อยที่สุด แต่จะเกิดปัญหาความล่าช้าบนระบบ Shared-bus เพราะการ snoop จะลด bandwidth ของบัสที่ใช้งานร่วมกัน แต่ในระบบ point-to-point จะมี snoop bus ต่างหาก ทำให้แคชสามารถทำงานโดยไม่ต้องไปรบกวนการทำงานของส่วนอื่นๆ
  2. Data Intervention คือเทคนิคที่เพิ่มความเร็วในการประสานการของทำงานของแคช โดยการที่แคชของโปรเซสเซอร์ต้องการอ่านข้อมูลเดียวกัน ที่กำลังใช้งานอยู่และเพิ่งจะเริ่มแก้ไข ก็จะส่งสัญญาณบอกโปรเซสเซอร์อีกตัวให้รอรับข้อมูลที่จะส่งไปให้ ไม่ต้องไปขอจากหน่วยความจำหลักให้เสียเวลา

MPP(Massively Parallel Processing) คือสถาปัตยกรรมของการใช้โปรเซสเซอร์หลายตัว โดยที่โปรเซสเซอร์แต่ละตัว จะมีทรัพยากรระบบ(I/O, หน่วยความจำ)ของตนเองเป็นหน่วยๆย่อยมีการควบคุมตนเอง การเชื่อมโยงจะใช้ hardware หรือ software ก็ได้ สามารถขยายสเกลได้ดีมาก แต่ต้องเขียนโปรแกรมใหม่ ไม่สามารถใช้ของเดิมได้

CMP(Cellular MultiProcessing) คือสถาปัตยกรรมของการใช้โปรเซสเซอร์หลายตัว ที่ผสมผสานข้อดีของ SMP และ Clustering เข้าด้วยกัน โดยแบ่งโปรเซสเซอร์ออกเป็นหน่วยเล็ก ที่เรียกว่า subpod (ประกอบด้วย โปรเซสเซอร์ 2 คู่ที่แต่ละคู่ใช้บัสแยกกัน และ cache แบบ L3 และสามารถใช้ระบบปฏิบัติการของตนเองหรือรวมกันเป็นหน่วยเดียวก็ได้) ที่ใช้ ทรัพยากรของระบบ(หน่วยความจำ, I/O)ร่วมกัน การเชื่อมโยงใช้ลักษณะการติดต่อแบบ Crossbar(เป็นการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดโดยตรง ที่สามารถกำจัดการขัดข้องที่จุดๆเดียวได้) สามารถขยายสเกลได้ดีมาก และสามารถใช้โปรแกรมแบบเดิมได้ไม่ต้องเขียนขึ้นใหม่

NUMA(Non-Uniform Memory Access) คือสถาปัตยกรรมของการใช้โปรเซสเซอร์หลายตัว ที่ผสมผสานข้อดีของ SMP และ MPP เข้าด้วยกัน โดยแบ่งเป็นหน่วยย่อยของหลายๆ โปรเซสเซอร์ ที่ใช้ทรัพยากรของระบบ(หน่วยความจำ, I/O)ร่วมกัน สามารถขยายสเกลได้ดีมาก และสามารถใช้โปรแกรมแบบเดิมได้ไม่ต้องเขียนขึ้นใหม่

Clustering คือ การเชื่อมโยงระบบเข้าด้วยกัน โดยใช้ทรัพยากรร่วมกัน เพื่อสร้างระบบที่ใหญ่ขึ้นและล้มเหลวยาก(ระบบจะไม่หยุดทำงานง่ายๆ)

Dynamic Execution จะทำงานโดยเข้าจัดการกับข้อมูลโดยตรง แทนที่จะทำงานตามลำดับชุดคำสั่ง โดยผสมผสานเทคนิคในการประมวลผล 3 รูปแบบคือ

1. Multiple Branch Prediction เป็นเทคนิคที่ใช้เพื่อการคาดเดารูปแบบการไหลของโปรแกรมที่จะแตกสาขาไปทำงานตามขั้นตอนการทำงานของโปรแกรม
   เพื่อที่โปรเซสเซอร์จะกระโดดไปมาระหว่างชุดคำสั่งที่ทำงานอยู่ เทคนิคนี้จะใช้การคาดเดาแบบสุ่ม โดยค้นหาว่าชุดคำสั่งใดจะถูกค้นพบเป็นอันดับต่อไปในหน่วยความจำ ในขณะที่โปรเซสเซอร์ กำลังทำงานกับชุดคำสั่งปัจจุบัน ซึ่งจะมีความถูกต้องถึง 90 %หรือมากกว่า
2. Data Flow Analysis เป็นเทคนิคที่โปรเซสเซอร์จะพิจารณาและวิเคราะห์ชุดคำสั่งของโปรแกรม และจัดเรียงชุดคำสั่งที่ใช้เพื่อการประมวลผลข้อมูล หรือชุดคำสั่งที่ไม่เกี่ยวข้องกับชุดคำสั่งอื่นเลย และจัดเรียงลำดับการประมวลผลให้มีประสิทธิภาพในการทำงานของโปรเซสเซอร์มากที่สุด
3. Speculative Execution เป็นเทคนิคที่จะมองหาชุดคำสั่งที่จะปฏิบัติงานในอนาคตเป็นขั้นๆ เพื่อรองรับการทำงานแบบ SuperScalar ของโปรเซสเซอร์ โดยคาดเดาชุดคำสั่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป และจัดเก็บให้อยู่ในรูปแบบ ผลลัพธ์ที่คาดว่าจะเป็นไปได้ เมื่อสถานะสุดท้ายของชุดคำสั่งถูกตรวจสอบแล้ว ชุดคำสั่งจะถูกส่งคืนไปสู่คำสั่งที่แท้จริงและประมวลผลต่อไป

Pipeline คือการแบ่งงานในการประมวลผลออกเป็นงานย่อยๆที่ไม่เกี่ยวข้องกันหรือเกี่ยวข้องกันน้อย แล้วแยกกันประมวลผลพร้อมๆกันเหมือนสายการผลิตในโรงงาน

Superscalar คือ โปรเซสเซอร์ที่มี pipeline มากกว่า 1 ชุด

Out of order Executionคือการประมวลผลคำสั่งที่มีการทำงานแบบไม่เป็นลำดับ

VLIW(Very Long Instruction Word)คือการจัดเรียงคำสั่งให้ครบ word(8 คำสั่ง)ก่อนจะนำไปประมวลผล ซึ่งทำให้คำสั่งวิ่งเข้าหน่วยประมวลผลได้ทีละมากๆและมีประสิทธิภาพดีขึ้น

www.intel.com/procs/support/faqs/iarcfaq.htm#EIGHTEEN