Enkelcykeln

Enkelcykeln, eller en enkelklocka CPU, är en typ av centralenhet där varje instruktion färdigställs inom en enda klockcykel. Datapathen måste därför kunna hantera alla instruktionstyper, inklusive beräkningar, minnesåtkomst och brancher, inom samma takt och kontrollsignalerna bestäms för varje instruktion i realtid.

Datapathen inkluderar oftast programräknaren (PC), instruktionsminne, registerfilen, en ALU (aritmetisk logikenhet), dataminne samt ett antal multiplexers som styr källorna till operander och skrivningar. Kontroll-enheten genererar signaler som RegDst, ALUSrc, MemtoReg, RegWrite, MemRead, MemWrite, Branch och Jump för varje instruktion i en enda cykel. Denna konstruktion förenklar designen och gör timing och funktion tydlig att följa i undervisningssammanhang.

Fördelar med enkelcykeln är dess enkelhet och förutsägbarhet: en gemensam tidsram per instruktion gör det enkelt att verifiera funktion och korrekthet. Det saknas pipeline, så det finns inga pipelinehazards att hantera, och det är lättare att förstå datapathens flöden.

Nackdelar är att cykelns längd bestäms av den långsammaste instruktionen, vanligtvis minnesåtkomst, vilket begränsar den maximala klockfrekvensen och därmed prestandan. Systemet kan pula ineffektivt med komplexa instruktionsuppsättningar och blir snabbt ineffektivt jämfört med flercykel- eller pipelinedesigns i moderna processorer.

Enkelcykeln används ofta som pedagogiskt exempel i datorarkitektur och som grundläggande referens för hur en CPU:s datapath och kontrollenhet kan konstrueras.