Mikroarchitektura – opis sprzętowej implementacji procesora definiujący jego działanie, używany w inżynierii komputerowej.
W środowisku naukowym częściej używany jest termin organizacja procesora. Wraz z modelem programowym procesora tworzy pojęcie architektury procesora.
Związek z listą rozkazów procesora Mikroarchitektura, choć związana z pojęciem modelu programowego procesora (ang. Instruction Set Architecture — ISA) jest czymś zupełnie innym. O ile ISA nie zależy od organizacji procesora, to mikroarchitektura musi spełniać wymagania nałożone przez model programowy, na przykład zapewnić odpowiedni zasób rejestrów.
Mikroarchitektura zazwyczaj reprezentowana jest jako zbiór diagramów określających wybrane elementy procesora (bloki funkcjonalne, jednostki wykonawcze) oraz połączenia między nimi. Nie określa natomiast faktycznej implementacji obwodów logicznych.
Należy zaznaczyć, że:
Dwa procesory mogą mieć jednakową mikroarchitekturę (organizację), a jednocześnie zupełnie różną implementację fizyczną.
Procesory o różnej organizacji mogą charakteryzować się jednakowym modelem programowym (ISA).