执行一条指令需要一组操作。为了简单起见，假设有 5 个：
获取-指令解码-执行-内存访问-写回。
这可以通过多种方案来实现。
A/ 单循环处理器
方案如下：
处理器获取一条指令，将其引导至一个解码器，该解码器控制一组多路复用器，这些多路复用器将配置一个用于实现该指令的大型组合数据路径。
在此模型中，每条指令需要一个周期，并且假设所有 5 个“阶段”需要相等的时间 t，则周期将为 5t。
因此CPI=1，T=5
实际上，这或多或少是 20 世纪 40 年代末早期计算机的基本模型。除此之外，还没有真正的处理器这样做，但理论上是完全可行的。
B/ 多周期处理器
与之前的模型相比，您在数据路径上引入了寄存器。第一个获取指令并将其发送到自动机的输入，该自动机将顺序应用计算“阶段”。
在这种情况下，指令需要 5 个周期（可能会稍微少一些，因为某些指令可能更简单，例如跳过内存访问）。周期为 1t（或者可能稍长一些，以考虑寄存器遍历时间）。
消费者物价指数=5，T=1
第一个“真正的”计算机就是这样实现的，这是直到 80 年代初的主要架构模型。如今，一些微控制器，或者例如更简单的 NIOS 版本，仍然依赖于这种方案。
C/管道处理器
您可以在各个阶段之间添加额外的寄存器，以便跟踪指令和所有部分结果。在这种情况下，每个阶段的执行可以是独立的，您可以在不同阶段同时执行多个指令。
CPI 变为 1，因为您可以在每个时钟周期启动一条新指令（由于存在危险，可能会多一点，但那是另一个故事了）。
并且T=1。
所以CPI=1，T=1
（CPI反映了吞吐量的增加但单条指令的执行时间并没有减少）
因此，管道可以被视为减少方案 A 的周期时间，或减少方案 B 的 CPI。您还可以想象一个中间方案（例如 3 个阶段，周期为 2），其中管道将减少两者。
