微處理器設計/多週期處理器
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單週期處理器速度效能較差。控制和資料訊號必須在一個週期內完全傳播到處理器，這意味著週期時間需要很長，並且硬體的許多部分在週期的很大一部分時間內處於休眠狀態。
多週期處理器將指令分解成基本部分，並在不同的時鐘週期執行指令的每個部分。由於訊號在一個週期內傳播的距離較短，因此週期時間可以大大加快。
通常，一條指令在至少 5 個週期內執行，這些週期被命名如下：
- IF
- 從記憶體中獲取指令
- ID
- 解碼指令，並生成必要的控制訊號
- EX
- 將必要的控制訊號送入 ALU，併產生結果
- MEM
- 如果指定，從記憶體中讀取
- WB
- 將結果寫回暫存器檔案或記憶體。
這只是一個教科書的例子，現代處理器往往使用比這多得多的步驟來執行一條指令。
示例：MicroChip PIC16 微控制器
由 MicroChip Technology Inc 製造的 PIC 微控制器，是一個嵌入式微控制器的系列。PIC 單元各不相同，但每 2-4 個時鐘週期執行一條指令。所有指令通常在相同數量的週期內執行，分支指令除外。
多週期設計的首要優勢在於能夠共享硬體元素，特別是 ALU，用於各種任務。在多週期處理器中，單個 ALU 可以用於更新指令指標（在 IF 週期）、執行操作（在 EX 週期）以及計算必要的記憶體地址（在 MEM 週期）。多週期處理器還允許計算機擁有單個記憶體單元，而不是傳統哈佛架構中的兩個獨立的指令和資料記憶體單元。這是因為指令在一個週期內載入，資料記憶體與另一個週期介面。
多週期處理器通常用於資源有限且速度不太重要的應用。