Você deve começar pelo link - Manuais do desenvolvedor de software das arquiteturas Intel® 64 e IA-32. O manual é a primeira fonte dos detalhes das CPUs x86 e x86_64 da Intel. Muito é descrito neles, existem 40 + revisões de alguns volumes. Você deve baixar todos os manuais de "3 volume set" ou "5 volume set". Além disso, você deve fazer o download do "Manual de referência de otimização de arquiteturas Intel® 64 e IA-32".
Infelizmente, nem todas as informações estão documentadas em tais manuais. Muitas informações não são publicadas, mas algumas delas podem ser obtidas de experimentos. A melhor fonte de informações reais de baixo nível são os manuais da Agner: link . Ele fez milhares de experimentos para medir como a CPU funcionará em vários casos. O manual do Agner é atualizado várias vezes por ano. É a fonte de informação para os desenvolvedores do GCC (as regras de programação de instruções nos arquivos de descrição de máquina são baseadas em Agner, não em Intel).