Bellek bilgisayarı oluşturan 3 ana bileşenden biridir.. İşlemcinin çalıştırdığı programı, lar ve programa ait bilgiler bellek üzerinde saklanır. Bellek geçici bir depolama alanıdır. Bellek üzerindeki bilgiler güç kesildiği anda kaybolurlar. Bu nedenle bilgisayarlarda programları daha uzun süreli ve kalıcı olarak saklamak için farklı birimler mevcuttur.
İşlemci önbelleği, CPU'nun hafızadaki verilere ulaşma süresini azaltan bir donanımdır. Ana belleğe(RAM) kıyasla küçük, hızlı ve işlemci çekirdeğine yakındır. Sık kullanılan veriler ya da en güncel veriler işlemci önbelleğinde saklanır. Günümüzde pek çok CPU, birden çok seviyede önbellek içerir, bu önbellekler verilerin yanı sıra komutları da bünyesinde tutar.
Boru hattı yöntemi bilgisayar mimarisi ve diğer sayısal ürünlerin tasarımında başarımı artırmak için uygulanan bir yöntemdir. Komutları, boru hattı yöntemi ile işleyip daha kısa süre içinde bitmesini sağlar. Asıl amacı saat sıklığını artırarak başarımı artırmaktır. Farklı kaynakları aynı anda, farklı işler tarafından kullanarak çalışır.
Dallanma Öngörüsü, bilgisayar mimarisinde çalıştırılacak programın buyruk kümesi içindeki dallanma buyruklarına gelindiğinde koşula göre atlanacağını ya da atlanmayacağını önceden varsayarak veya geçmişine bakıp tahmin ederek öngörüde bulunma işidir. Bugünkü işlemcilerin tasarımında boru hattı (bilgisayar) yöntemi kullanıldığı ve başarım hedeflerinin yüksek olduğu düşünüldüğünde bir dallanmada hangi yöne gidileceğini yüksek doğrulukta tahmin etmek kaçınılmaz olmuştur. Bu öngörü işlemciye dallanmanın sonucunu beklemeden diğer buyrukları işleme imkânı verir. Bu da zamandan kazanç anlamına gelir ki başarımı yükseltir. Bu arada da işlemcinin şimdiki buyruğun işlenmesi bitmeden sonraki buyruğun adresini bilmesi gerekir.
Yazmaçların yeniden adlandırılması, işlemcilerde, yürütülen buyruklardaki, aynı yazmaçların tekrar kullanımından doğan sahte bağımlılıkları gidermek için kullanılan bir yöntemdir.
Sanal bellek, fiziksel belleğin görünürdeki miktarını arttırarak uygulama programına (izlence) fiziksel belleğin boyutundan bağımsız ve sürekli bellek alanı sağlayan bilgisayar tekniğidir. Ana belleğin, diskin (ikincil saklama) önbelleği (cache) gibi davranmasıyla; yani disk yüzeyini belleğin bir uzantısıymış gibi kullanmasıyla gerçekleştirilir. Ancak gerçekte, yalnızca o anda ihtiyaç duyulan veri tekerden ana belleğe aktarılıyor olabilir. Günümüzde genel amaçlı bilgisayarların işletim sistemleri çoklu ortam uygulamaları, kelime işlemcileri, tablolama uygulamaları gibi sıradan uygulamalar için sanal bellek yöntemi kullanılmaktadır.
Etkin sayfalar ön belleği (ESÖ) (Translation Lookaside Buffer ) sanal bellek kullanan işlemcilerde adres dönüştürme işleminin hızlandırılmasını sağlayan bir tekniktir.
Mikroişlemcilerde kural dışı durumlar, programların çalıştırılması esnasında verilen komutlar neticesinde oluşan hatalardır. Bu hatalar nedeniyle program istenilen şekilde çalışmaz. Hatta işlemcinin kilitlenmesine bile sebep olabilir. Bu tür durumlar normal bir işleyiş olmadığından kural dışı durum oluşturur.
Sırasız yürütüm ya da Düzensiz yürütme, bilgisayar mühendisliğinde, günümüz yüksek performanslı işlemcilerinde kullanılan, yüksek gecikmeler sebebiyle harcanan işlemci döngülerini kullanıma sunan bir talimat yürütme yaklaşımıdır.
Sanal bellekte Sayfa hatası meydana geldiğinde çok yüksek bulamama gecikmesine neden olur. Sanal bellek sistemleri tasarlanırken bu durumun yaratacağı yükü engellemek için Sayfa hatası denetimi sağlanmalıdır.
MIPS R2000 Adres Dönüştürme Önbelleği, DECStation 3100'de kullanılan MIPS R2000 her ne kadar basit bir uygulamaya sahip olsa da özyapısı günümüz adres dönüştürme belleklerininkine çok benzerdir. Bellek sistemi 4-KB sayfalar ve 32-bitlik adres uzayına sahiptir. Dolayısıyla, sanal sayfa numaraları 20 bit uzunluktadır. Sanal adres ile gerçek adres aynı boyutlara sahiptir. Adres dönüştürme önbelleği (ADÖ) 64 kayıt tutabilir ve tam eşlemelidir. ADÖ buyruk ve veri başvuruları tarafından paylaşılır. Her kayıt 64 bit genişliğindedir ve 20 bitlik etikete sahiptir ki bu etiket kaydın ADÖ' de tutulan sanal sayfa numarasıdır. Sanal sayfa numarasına karşılık gelen gerçek sayfa numarası da 20 bit uzunluğundadır ve geçerli bit, kirli bit gibi sayman bitlerine yer verir.
Çoklu kullanım özelliğine sahip bilgisayarlar birden fazla iş parçacığını donanım desteği sayesinde çalıştırabilir. Çoklu işlem yapabilen sistemlerden gelişen bu yöntem tek bir çekirdeğin kaynaklarını paylaşmak zorundadır. Bu kaynaklar: aritmetik mantık birimi, yazmaçlar (registers), işlemci ön belleği ve adres dönüştürme ön belleğidir. Çoklu işlem yapabilen sistemlerde, işlem birimlerinin tamamı ayrı çekirdeklerde olmasına rağmen, çoklu kullanım tek bir çekirdeğin kullanılabilirliğini iş-parçacığı seviyesinde ve buyruk düzeyinde daha verimli hale getirir. Bu iki teknik birbirini tamamlayan tekniklerdir.
Bilgisayar mimarisinde, buyruk ön yüklemesi bekleme durumlarını azaltarak bir programın mikroişlemcide ki yürütmesinin hızlanmasını sağlayan bir tekniktir.
Alpha 21064, Alpha(Alpha APX olarak ortaya çıkan) buyruk kümesi mimarisini(ISA) oluşturan Digital Equipment Corporation tarafından geliştirilmiş bir mikroişlemcidir. 1994 yılında ismi değiştirilmeden önce DECchip 21064 olarak bilinirdi.Ayrıca EV4 kod adıyla da bilinmektedir. 1992 şubat ayında tanıtılmış ve aynı yıl eylül ayında yeni sürüm olanağı sağlanmıştır.21064, ilk ticari Alpha ISA uygulamasıdır. Ayrıca Ekim 1993'te, 21064'ten türeyen Alpha 21064A ticari amaçla kullanılan ilk mikroişlemci olmuştur.
Çok uzun buyruk kelimesi, buyruk düzeyindeki paralelliğin avantajından yararlanmak için geliştirilmiş bir işlemci tasarımıdır. Her buyruğu arka arkaya çalıştıran işlemciler, işlemci kaynaklarını verimsiz bir şekilde kullanabilmekte ve bu durum da başarımın düşmesine neden olmaktadır. Başarım, sıralı çalışan buyrukların çalıştırılma basamaklarında farklı aşamalarda olmasıyla veya aynı anda birden fazla buyruğun birbirinden bağımsız olarak çalıştırılmasıyla arttırılabilir. Bu yöntemlerin daha da iyileştirilmesi, buyrukların programdaki sırasından farklı bir sırada çalıştırılması ile sağlanabilir; bu yönteme de Sırasız yürütüm denir.
Alpha 21164, aynı zamanda Alpha buyruk kümesi mimarisini geliştirmiş olan Digital Equipment Corporation tarafından geliştirilmiş, EV5 kod adıyla da bilinen bir mikroişlemcidir. Alpha 21164 Digital'in en çok satışı yapılan mikroişlemcisi Alpha 21064A'yı takiben 1995 yılı Ocak ayında tanıtılmıştır. Onu 1998 yılında 21264 izleyecektir.
Alpha 21264 1996 yılı Ekim ayında Digital Equipment Corporation tarafından indirgenmiş komut takımı bilgisayarı(RISC) mikroişlemcisi olarak tanıtılmıştır. 21264 Alfa işlemcisi Komut kümesi ile tanımlanmıştır.
Ön bellek tutarlılığı, paylaşılan kaynağın yerel ön belleğinde kaydedilen verinin tutarlılığını ifade eder. Bir bilgisayar sistemindeki istemciler ortak bir bellek kaynağının ön belleğini kullandıklarında, tutarsız verilerle ilgili sorunlar ortaya çıkabilir. Bu, bilhassa, çoklu işleme yapan sistemlerdeki merkezi işlem birimi için geçerlidir.
NetBurst, İntel'in 2000 yılında piyasaya sürdüğü Pentium 4 işlemci markasının mikromimarisine verilen isimdir. 2006 Temmuz'unda Core mikromimarisinin çıkışına kadar İntel işlemcilerin mikromimarisi olmuştur. Selefi P6 mikromimarisine göre en önemli özelliği derin boru hattı yapılanmasıyla avantaj sağladığı yüksek saat sıklığıdır. Temel olarak dört ana parçadan oluşmaktadır: Sıralı(ing. In-order) Ön-Uç(ing. Front-end), Sırasız(ing. out-of-order) yürütme birimi, Tam sayı ve kayan nokta yürütme birimleri ve bellek altdizgesi.
Nehalem, İntel firmasının Eylül 2008'de piyasaya sürülen Core i7 işlemcisiyle birlikte kullanılmaya başlanmıştır. 2011'de Sandy Bridge mikromimarisi sunulana kadar İntel'in en gelişmiş mikromimarisi olarak piyasada kalmıştır. Selefi Core mikromimarisine göre paralelliği ve saat frekansını arttırmış, Core mikromimarisinde İntel'in kullanmadığı fakat daha önce NetBurst'de kullanılan Hyper Threading teknolojisi Nehalem ile tekrar kullanılmaya başlamıştır. Nehalem'le birlikte Core mikromimarisinde terkedilmiş olan üçüncü seivye bir önbellek de yonganın içerisine eklenmiştir. İntel, Nehalem ile ilk defa bellek denetim birimini işlemci yongasının içine koymuş ve front-side bus dan ayırmıştır.