时钟周期、机器周期、指令周期

1.时钟周期

    时钟周期也称为震荡周期, 定义为时钟脉冲的倒数, 是计算机中最基本、最小的时间单位;在一个时钟周期内, CPU只完成最基本的动作。对同一种机型而言, 时钟频率越高, 计算机工作速度越快。

    例如,开发板上晶振是11.0592MHZ的,那么时钟周期=(1/11059200)s。

2.机器周期

    在计算机中, 为了便于管理, 通常把一条指令执行划分为若干个阶段, 每一个阶段完成一项任务,如: 取指令、存储器读、存储器写等, 这每一项工作称为一个基本操作,完成一个基本操作所需要的时间为机器周期。一个机器周期由若干个S周期(状态周期)组成。

   51单片机一个机器周期是12个时钟周期。

3.指令周期

    执行一条指令所需要的时间, 一般由若干个机器周期组成。指令不同,所需要的机器周期也不同。对于一些简单的单字节指令, 在取指令周期中, 指令取出到指令寄存器后, 立即译码执行, 不再需要其他的机器周期。

    对一些比较复杂的指令, 例如:转移指令、乘法指令, 则需要两个或两个以上的机器周期。通常含一个机器周期的指令称为单周期指令, 包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

 4.总线周期

    由于存储器和I/O是挂接在总线上的, 故CPU对存储器和I/O的访问是通过总线进行的。通常把CPU通过总线对微处理器外部(存储器或I/O端口)进行一次访问所需要时间称为一个总线周期。

 5.几个周期的不同之处

    ①时钟周期是最小单位(CPU晶振的工作频率的倒数)。

    ②机器周期需要1个或多个时钟周期(在51单片机中是12个时钟周期,硬件规定的)。 

    ③指令周期需要1个或多个机器周期。

    ④机器周期因涉及一个基本操作时间, 可能操作总线, 因此可能会包含总线周期,也可能不包含。

    例如时钟周期这个单位时间是由单片机上连接的晶振来提供的,比如神舟51单片机开发板上的晶振是11.0592MHz。时钟周期为晶振频率的倒数。而机器周期由12个时钟周期组成。机器周期 = [12 X (1/11059200)]s = 1.0851us。

    注意:定时器是按机器周期来计数的,所以例如要技术5ms,定时器该设定一个怎样的初值呢?5ms/1.0851us = (5000/1.0851) = 4607次;也就是说,在51单片机中使用11.05926的晶振,定时器设定4607这个数,每个机器周期都减1,一直减到0,就是经历了5ms的时钟。

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