。在取指阶段，指令机器码被取到指令寄存器，控制单元通过译码知道这是个什么样的指令，需要执行什么样的操作，需要什么操作数；在执行阶段当前指令以及取指完毕，上一条指令被执行。这样按顺序第1条指令执行完再取第2条指令，第2条执行完在取第3条指令的顺序执行方式执行一条指令最少需要两个时钟周期，如果执行10条指令那么就得需要10个时钟周期，显然这样指令的执行效率不高。为了解决这个问题，本次设计中引入了流水线pipeli
e操作。8位CPU采用两级流水线技术，指令的流水线可以用图24来简单的示意：
图24流水线指令执行
由图可以看出，尽管每条指令的完成需要两个周期的时间，但是在流水线结构中，当前指令的取值周期和上一条指令的执行周期在时间上是重叠的，对于这种并行操作，从平均角度来看，相当于一个周期内完成一条指令，因此可以大大提高指令的运行速度15。RISC架构的处理器，每条指令有固定的长度，指令格式只有简单的几种，指令功能不交叉，寻址方式也简单，所以更加有利于实现流水结构。为了降低执行每条指令所需时钟数，本文也采用两级流水，其功能分别定义为：第一级，取指；第二级，时钟前半周期控制器译码、发出控制信号，时钟后半周期进行对寄存器堆TRAM进行读操作、ALU计算。这样，很显然也能降低执行指令所需的时钟数，取指、执行只用了一个时钟。在时钟上升沿PC产生
f进入PCRAM的地址，由于PCRAM有反应时间，经过一段很短的时间读出指令，在下一个时钟上升沿到来时，指令寄存器锁存指令，然后开始对指令进行译码，并产生操作数、目的存储器寄存器地址、写信号及各种控制信号。232程序计数器与流水线程序计数器（PC）是程序中寻址取得指令的特殊单元。正是靠PC的移动，CPU才能一条一条的执行指令。同时，程序计数器也是和流水线密切相关的单元。在程序开始执行前，CPU将它的起始地址送入PC，当指令执行时，CPU将自动修改PC的内容，所以PC中的内容总是下一条指令的地址。由于指令通常是顺序执行的，所以修改的过程通常只是简单的PC加1。表2说明了在引入流水线后PC的具体工作情况：
表3指令执行中PC值的变化情况
时钟周期PC
Reset
周期1
周期2
周期3
周期4
0
1
2
3
4
第一条指令第二条指令第三条指令
读取指令0
执行指令0
读取指令1
执行指令1
读取指令2
执行指令2
表3表明，在系统复位时，PC内的值清0，第一个时钟周期，指令寄存器取PC为0的地址的指令，同时PC的值加1；第二个时钟周期，执行0地r