Tietokonesuunnittelu pyrkii järjestämään prosessorin ominaisuudet rakenteelliseen kehykseen siten, että instrumenttijoukkoarkkitehtuuri (ISA) voi suorittaa ohjelmoidut käskynsä mahdollisimman tehokkaasti ja nopeasti. Mikroarkkitehtuuri on ratkaiseva tietokonerakenne, joka suunnittelee ohjauspolun komponenttien toteutuksen toimimaan yhteistyössä datapolkuelementtien kanssa, jotta tietokoneen komponentit voivat toimia ISA: lle ihanteellisessa kokoonpanossa. Useat keskusyksiköt (CPU) ja monisäikeiset prosessorit, jotka mahdollistavat hitaan järjestelmämuistin noutamisen samalla kun suorittimen toiminnot vaihdetaan toiseen ohjelmavaiheeseen, kunnes muistivastaanotto on valmis, tuovat tehokkuutta ja nopeutta lähemmäs linjausta välttääkseen muistin ohjauksen ja suorittimen käsittelynopeuden välisen viiveen
Suunniteltu mikroarkkitehtuuri koostuu useista järjestelmätason päätöksistä, joissa otetaan huomioon virrankulutus, logiikan monimutkaisuus, liitettävyys, testattavuus ja helppo virheenkorjaus sekä sirukustannukset ja valmistettavuus optimaalisen suunnittelun saavuttamiseksi. Paremmat mikroarkkitehtuurimallit mahdollistavat puolijohteiden uuden teknologisen kehityksen saavuttaa paremman suorituskyvyn samalla ISA: n avulla useilla alustoilla. Mikroarkkitehtuurimallit voivat käyttää ohjekeskiputkia, jotka käsittelevät enemmän kuin vain yhden ohjeen kerrallaan, kuten aiempina vuosina.
Useat käskykokonaisuudet voivat käyttää CPU: ta samanaikaisesti, ja putkilinjojen ja välimuistin käsittely, joka pysyy mukana parannetuissa siruissa, joissa on enemmän välimuistia välitöntä noutamista, lukemista ja kirjoittamista varten, voi nyt pysyä mukana putkilinjoissa, joiden ei tarvitse pysähtyä odottamaan muistin haku enää. Lisäksi haaran ennustaminen, joka tekee perusteltuja arvauksia siitä, missä putkilinjan haarautuminen voi olla tarpeen, ja spekulatiiviset suoritusmallit, jotka aloittavat matemaattiset laskelmat ennen niiden pyytämistä, voivat myös nopeuttaa datapolun tietojen käsittelyä. Toinen tekniikan parannus mikroarkkitehtuurisuunnittelussa hyödyntää epäjärjestyksellistä suoritusta, jolloin suoritettavat ohjeet ovat etusijalla vanhemmista kätköä odottavista ohjeista. Vaikka kiintolevy on hitaampi, suorittimen ei tarvitse jäädä odottamaan, vaan se voi toimia muiden käskykomponenttien kanssa.
Eräs erikoistunut mikroarkkitehtuuri tunnetaan datakulkuarkkitehtuurina. Datavirtamallit eivät noudata perinteisiä ohjausvirran menetelmiä; käskyjen suorittaminen perustuu syöttöargumenttien saatavuuteen, ja nämä ohjeet ohjaavat verkon reitityksen käsittelyä, äänen tai videon suoratoiston digitaalisen signaalin käsittelyä ja grafiikan käsittelyä. Tietokantaohjelmistomoottorit käyttävät datavirta-arkkitehtuuria synkronoidakseen tiedot reaaliaikaiseen langanopeuspakettien edelleenlähetykseen, ja niiden erityinen luonne mahdollistaa prosessorien ja yleisten resurssien käyttökuormituksen tasapainottamisen. Tämä paketointi tarkoittaa, että ohjeet ja tulokset mahdollistavat rinnakkaislaskennan suuressa mittakaavassa datavirtaverkkoille.
Laitteistoissa mikroarkkitehtuuri mahdollistaa komponenttien integroinnin järjestelmäarkkitehtuuriin ymmärrettävillä sähkö- ja koneenrakennuksen periaatteilla helpottaakseen ohjelmistokehitystä eri laitteistoille, kuten tablet- ja pöytätietokoneille, matkapuhelimille, satelliiteille, kirurgisille instrumentteille ja navigointijärjestelmille. Koska sitä käytetään monenlaisissa instrumentteissa ja laitteissa, laitteisto -mikroarkkitehtuuri on itse asiassa suunniteltujen sähkömekaanisten ja elektronisten laitteistojärjestelmien rakentaminen. Mikroarkkitehtuuri laitteistosuunnitelmissa on edustava prosessi toisiinsa liittyvistä komponenteista, jotka liittyvät itse komponentteihin rakennettujen mekaanisten ja sähköisten rakenteiden sääntöjen ja periaatteiden avulla. Työskentelevät rajallisten osajärjestelmien sarjat on järjestetty antureilla ja toimilaitteilla yksinomaiseksi ja kattavaksi järjestelmäksi tiettyjä käyttötarkoituksia varten.