因为PIC系列单片机采用了指令空间和数据空间分开的哈佛结构，用了两种位数不同的总线。因此，取指令和取数占有可能同时交叠进行，所以在PIC系列微控制器中取指令和执行指令就采用指令流水线结构。当第一条指令被掏出后，随即进入执行阶段，这时可能会从某寄存器取数而送至另一寄存器，或从一端口向寄存器传送数等，但数据不会流经程序总线，而只是在数据总线中活动，因此，在这段时间内，程序总线有空，可以同时掏出第二条指令。当第一条指令执行完毕，就可执行第二条指令，同时掏出第3条指令，……如斯等等。这样，除了第一条指令的掏出，其余各条指令的执行和下一条指令的掏出是同时进行的，使得在每个时钟周期可以获得最高效率。
在大多数微控制器中，取指令和指令执行都是顺序进行的，但在PIC单片机指令流水线结构中，取指令和执行指令在时间上是相互重叠的，所以PIC系列单片机才可能实现单周期指令。
只有涉及到改变程序计数器PC值的程序分支指令(例如GOTO、CALL)等才需要两个周期。
此外，PIC的结构特点还体现在寄存器组上，如寄存器I/O口、定时器和程序寄存器等都是采用了RAM结构形式，而且都只需要一个周期就可以完成访问和操纵。而其它单片机常需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。上述各项，就是PIC系列单片性能做到指令总数少，且大都为单周期指令的重要原因。
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